考納斯理工大學(xué)（KTU）材料科學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新款基于石墨烯-有機(jī)硅肖特基接觸的紅外傳感器，其效率高于目前市場上的紅外傳感器。

KTU 開發(fā)的石墨烯-硅紅外傳感器（俯視圖）

新型紅外傳感器可以幫助我們從太空進(jìn)行地球觀測和行星際飛行任務(wù)，以探索其他行星的大氣層或?qū)ふ一鹦巧系纳?。此外，該傳感器還常用于夜視設(shè)備、建筑節(jié)能控制系統(tǒng)、光通信線路、運(yùn)動(dòng)傳感器和藥品等領(lǐng)域。如今機(jī)場也正在使用紅外傳感器完成乘客體溫的遠(yuǎn)程測量，以檢測出感染了Covid-19病毒的人。

在過去的兩年中， 考納斯理工大學(xué)（KTU）的科學(xué)家一直在致力于改進(jìn)紅外傳感器。

該研究團(tuán)隊(duì)的首席研究員?arūnas Me?kinis博士指出，肖特基接觸式傳感器的制造技術(shù)比其他紅外傳感器要簡單得多。該傳感器的多個(gè)陣列可在半導(dǎo)體板（例如硅板）上開發(fā)。開關(guān)速度快是肖特基接觸傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)。

Me?kinis博士表示：這些傳感器的主要缺點(diǎn)是靈敏度低。主要原因是它們只能將小部分光粒子轉(zhuǎn)換成光電子。因此，研究人員決定在石墨烯上制造納米結(jié)構(gòu)的金屬等離子體吸收體，從而提高了這些傳感器的靈敏度。

紅外傳感器的應(yīng)用：從氣象到太空觀測

肖特基接觸式光電傳感器可用于人造地球衛(wèi)星，以檢測水和土地邊界、熔巖流和森林火災(zāi)。此外，它們還可用于氣象學(xué)，以評(píng)估土壤和植物、地質(zhì)學(xué)以及光通信系統(tǒng)中的水分。

這些傳感器還可用于其他行星的研究：礦物學(xué)分析、行星大氣中的大氣現(xiàn)象研究以及尋找可能的生命跡象。它們對(duì)許多類太空研究都很重要。

因此，KTU研究人員開發(fā)的傳感器可用于多種應(yīng)用。Me?kinis博士認(rèn)為，首先考慮的是調(diào)整這些傳感器以適應(yīng)光學(xué)編碼。光學(xué)編碼器是高精度的光學(xué)機(jī)械設(shè)備，旨在測量最小位移和距離、機(jī)械設(shè)備及其組件的精度和轉(zhuǎn)速。

Me?kinis博士解釋道：“ 在太空中，光學(xué)編碼器常用于激光通信終端和地面光學(xué)衛(wèi)星站。此外，在低軌道衛(wèi)星與地球之間的激光通信中，航天器激光定位器安裝在衛(wèi)星的攝像頭中，可作為太空望遠(yuǎn)鏡。”

石墨烯使傳感器更加靈敏

通常，肖特基接觸傳感器包括在半導(dǎo)體上形成的金屬層。該金屬層在半導(dǎo)體表面層中產(chǎn)生電場。

“ 當(dāng)在金屬或該半導(dǎo)體表面層中產(chǎn)生光電子時(shí)（由原子釋放的自由電子），可通過電場將其提取并形成所謂的光電流，該光電流可以測量并用于評(píng)估光強(qiáng)度（包括紅外輻射），” Me?kinis博士解釋。

傳統(tǒng)的傳感器只能將小部分光粒子轉(zhuǎn)換為光電子。因此，研究團(tuán)隊(duì)采用石墨烯替代金屬來解決此問題，從而提升了此類傳感器的靈敏度。

石墨烯是超薄的，因此沒有自由電子散射問題。結(jié)果，在石墨烯中產(chǎn)生的所有光電子都將以適當(dāng)角度到達(dá)石墨烯和半導(dǎo)體結(jié)，并流向半導(dǎo)體。傳感器中產(chǎn)生的光電流將比金屬半導(dǎo)體觸點(diǎn)中的光電流大得多。

然而，石墨烯的超薄厚度也是要解決的關(guān)鍵問題。單層石墨烯只能吸收2.3％的入射光子。

研究人員通過形成石墨烯特殊納米結(jié)構(gòu)的金屬，被稱為等離子體納米結(jié)構(gòu)的液體，解決了這個(gè)問題，就提高了光電傳感器的靈敏度。

盡管金屬半導(dǎo)體肖特基接觸式傳感器已經(jīng)在市場上銷售了30多年，但Me?kinis博士指出，半導(dǎo)體與石墨烯肖特基接觸式光電傳感器尚未量產(chǎn)。

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