1 月 5 日消息，芬蘭阿爾托大學的研究團隊在紅外傳感器領域取得重大突破，成功開發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%。這一進展有望使紅外設備在性能、成本和效率方面實現全面提升，同時減少對環境和健康的危害。相關研究成果已發表在《光：科學與應用》（Light: Science & Applications）期刊上。 光電二極管是一種將光信號轉換為電信號的傳感器，廣泛應用于電視遙控器、空調遙控器、心率監測設備、條形碼掃描儀、運動傳感器和煙霧探測器等日常設備中。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險，對環境和人體健康構成潛在威脅。此外，InGaAs 材料與互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝不兼容，這極大地增加了最終應用的集成復雜性。 為解決這些問題，阿爾托大學的研究團隊轉向了鍺材料。鍺不僅具備 InGaAs 和膠體量子點的優點，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。研究團隊通過創新方法克服了這一限制。
“我們通過結合多種新穎技術實現了高性能：利用表面納米結構消除光學損耗，并最大限度地減少電學損耗，”該研究的第一作者、阿爾托大學博士研究員 Hanchen Liu 解釋道。 為驗證新型鍺基光電二極管的性能，研究團隊開發了一款概念驗證設備，并測試了其在不同波長下捕捉紅外光子的能力。結果顯示，該設備的性能遠超預期。“我們的設備在光譜響應率上已接近理想水平，能夠在寬波長范圍內檢測到約 90% 的光子，”研究團隊表示。此外，在響應率（靈敏度）方面，該設備也優于目前商用的 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 傳感器對環境的負面影響。
審核編輯 黃宇