1 月 5 日消息，芬蘭阿爾托大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在紅外傳感器領(lǐng)域取得重大突破，成功開發(fā)出一種基于鍺材料的光電二極管（photodiode），其靈敏度比目前廣泛使用的鍺基傳感器高出 35%。這一進(jìn)展有望使紅外設(shè)備在性能、成本和效率方面實(shí)現(xiàn)全面提升，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境和健康的危害。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》（Light: Science & Applications）期刊上。 光電二極管是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，廣泛應(yīng)用于電視遙控器、空調(diào)遙控器、心率監(jiān)測(cè)設(shè)備、條形碼掃描儀、運(yùn)動(dòng)傳感器和煙霧探測(cè)器等日常設(shè)備中。目前，市場(chǎng)上的紅外光電二極管傳感器主要采用銦鎵砷（InGaAs）材料。然而，這種材料不僅成本高昂，還具有毒性和致癌風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境和人體健康構(gòu)成潛在威脅。此外，InGaAs 材料與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝不兼容，這極大地增加了最終應(yīng)用的集成復(fù)雜性。 為解決這些問題，阿爾托大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了鍺材料。鍺不僅具備 InGaAs 和膠體量子點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，還完全兼容 CMOS 工藝。然而，長(zhǎng)期以來，鍺材料未能成為主流光電二極管材料的主要原因是其無(wú)法有效捕捉大部分紅外光。研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新方法克服了這一限制。
“我們通過結(jié)合多種新穎技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高性能：利用表面納米結(jié)構(gòu)消除光學(xué)損耗，并最大限度地減少電學(xué)損耗，”該研究的第一作者、阿爾托大學(xué)博士研究員 Hanchen Liu 解釋道。 為驗(yàn)證新型鍺基光電二極管的性能，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款概念驗(yàn)證設(shè)備，并測(cè)試了其在不同波長(zhǎng)下捕捉紅外光子的能力。結(jié)果顯示，該設(shè)備的性能遠(yuǎn)超預(yù)期。“我們的設(shè)備在光譜響應(yīng)率上已接近理想水平，能夠在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)檢測(cè)到約 90% 的光子，”研究團(tuán)隊(duì)表示。此外，在響應(yīng)率（靈敏度）方面，該設(shè)備也優(yōu)于目前商用的 InGaAs 光電二極管以及此前提到的其他鍺基傳感器。 希望這種高效且環(huán)保的紅外傳感器能夠盡快投入市場(chǎng)，從而減少 InGaAs 傳感器對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。
審核編輯 黃宇