新型锗基红外传感器问世，灵敏度提升 35%

科技 2025-01-06 18:04 广东

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1 月 5 日消息，芬兰阿尔托大学的研究团队在红外传感器领域取得重大突破，成功开发出一种基于锗材料的光电二极管（photodiode），其灵敏度比目前广泛使用的锗基传感器高出 35%。这一进展有望使红外设备在性能、成本和效率方面实现全面提升，同时减少对环境和健康的危害。相关研究成果已发表在《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）期刊上。

光电二极管是一种将光信号转换为电信号的传感器，广泛应用于电视遥控器、空调遥控器、心率监测设备、条形码扫描仪、运动传感器和烟雾探测器等日常设备中。目前，市场上的红外光电二极管传感器主要采用铟镓砷（InGaAs）材料。然而，这种材料不仅成本高昂，还具有毒性和致癌风险，对环境和人体健康构成潜在威胁。此外，InGaAs 材料与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺不兼容，这极大地增加了最终应用的集成复杂性。

为解决这些问题，阿尔托大学的研究团队转向了锗材料。锗不仅具备 InGaAs 和胶体量子点的优点，还完全兼容 CMOS 工艺。然而，长期以来，锗材料未能成为主流光电二极管材料的主要原因是其无法有效捕捉大部分红外光。研究团队通过创新方法克服了这一限制。

“我们通过结合多种新颖技术实现了高性能：利用表面纳米结构消除光学损耗，并最大限度地减少电学损耗，”该研究的第一作者、阿尔托大学博士研究员 Hanchen Liu 解释道。

为验证新型锗基光电二极管的性能，研究团队开发了一款概念验证设备，并测试了其在不同波长下捕捉红外光子的能力。结果显示，该设备的性能远超预期。“我们的设备在光谱响应率上已接近理想水平，能够在宽波长范围内检测到约 90% 的光子，”研究团队表示。此外，在响应率（灵敏度）方面，该设备也优于目前商用的 InGaAs 光电二极管以及此前提到的其他锗基传感器。

希望这种高效且环保的红外传感器能够尽快投入市场，从而减少 InGaAs 传感器对环境的负面影响。

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