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轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，廣泛應(yīng)用于電視遙控器、空調(diào)遙控器、心率監(jiān)測設(shè)備、條形碼掃描儀、運(yùn)動(dòng)傳感器和煙霧探測器等日常設(shè)備中。目前，市場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，并測試了其在不同波長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，能夠在寬波長范圍內(nèi)檢測到約 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，從而減少 InGaAs 傳感器對環(huán)境的負(fù)面影響。
審核編輯 黃宇