芬蘭阿爾托大學(xué)的研究團(tuán)隊近日宣布，在紅外傳感器技術(shù)方面取得了關(guān)鍵性進(jìn)展。他們成功開發(fā)出一種新型的光電二極管，該器件采用鍺材料制成，其靈敏度相較于現(xiàn)有的鍺基傳感器提升了35%。這一創(chuàng)新成果不僅有望推動紅外設(shè)備在性能、成本和效率上的全面提升，還能顯著減少對環(huán)境和健康的潛在威脅。相關(guān)研究成果已在《光：科學(xué)與應(yīng)用》期刊上發(fā)表。
光電二極管作為一種能將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，在日常生活中扮演著重要角色。無論是電視遙控器、空調(diào)遙控器，還是心率監(jiān)測設(shè)備、條形碼掃描儀、運動傳感器和煙霧探測器，都離不開光電二極管的支持。然而，目前市場上廣泛使用的紅外光電二極管傳感器主要采用銦鎵砷（InGaAs）材料，這不僅成本高昂，還存在毒性和致癌風(fēng)險，給環(huán)境和人體健康帶來了不小的隱患。InGaAs材料與互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝不兼容，這在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍的拓展。
為了打破這一困境，阿爾托大學(xué)的研究團(tuán)隊將目光轉(zhuǎn)向了鍺材料。鍺不僅具備InGaAs和膠體量子點的諸多優(yōu)點，更重要的是，它能夠與CMOS工藝完美兼容。然而，盡管鍺材料具有諸多優(yōu)勢，但由于其無法有效捕捉大部分紅外光，長期以來一直未能成為主流的光電二極管材料。針對這一難題，研究團(tuán)隊通過一系列創(chuàng)新方法，成功克服了鍺材料在紅外光捕捉方面的限制。
據(jù)研究團(tuán)隊介紹，他們通過結(jié)合多種新穎技術(shù)，實現(xiàn)了高性能的鍺基光電二極管。其中，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，是提升器件性能的關(guān)鍵所在。為了驗證新型鍺基光電二極管的性能，研究團(tuán)隊還開發(fā)了一款概念驗證設(shè)備，并進(jìn)行了不同波長下捕捉紅外光子的能力測試。結(jié)果顯示，該設(shè)備的性能遠(yuǎn)超預(yù)期，光譜響應(yīng)率接近理想水平，能夠在寬波長范圍內(nèi)檢測到約90%的光子。
在響應(yīng)率（靈敏度）方面，該設(shè)備也展現(xiàn)出了卓越的性能，優(yōu)于目前商用的InGaAs光電二極管以及此前其他鍺基傳感器。這一創(chuàng)新成果不僅為紅外傳感器技術(shù)的發(fā)展開辟了新的道路，也為減少InGaAs傳感器對環(huán)境的負(fù)面影響提供了可能。
研究團(tuán)隊表示，他們將繼續(xù)深化對鍺基光電二極管的研究，優(yōu)化器件性能，推動其在實際應(yīng)用中的廣泛推廣。同時，他們也希望這種高效且環(huán)保的紅外傳感器能夠盡快投入市場，為人們的生活帶來更多便利和保障。
新型鍺基光電二極管的成功開發(fā)，不僅體現(xiàn)了阿爾托大學(xué)研究團(tuán)隊在紅外傳感器技術(shù)領(lǐng)域的深厚實力，也彰顯了他們在材料科學(xué)和納米技術(shù)方面的卓越創(chuàng)新能力。這一成果不僅有望推動紅外傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，也為其他相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了有益的借鑒和啟示。
隨著新型鍺基光電二極管的不斷推廣和應(yīng)用，相信在不久的將來，我們將能夠享受到更加高效、環(huán)保、安全的紅外傳感器產(chǎn)品，為我們的生活和工作帶來更多便利和驚喜。
