韩国研究团队开发出新一代传感器材料 集成多种光波长检测

盖世汽车讯 据外媒报道，由韩国化学技术研究院（Korea Research Institute of Chemical Technology，KRICT）的Wooseok Song博士和成均馆大学（Sungkyunkwan University）Dae Ho Yoon教授领导的联合研究团队成功开发出一种新型宽带光电探测器材料，与现有商用材料相比，该材料能够感测更宽的波长范围，并在6英寸晶圆级基板上实现了经济高效的合成。相关研究论文发表在期刊《ACS Nano》上。

图片来源： KRICT

光电探测器通常根据其探测的波长范围分为不同的类别，广泛应用于智能设备、安防、环境监测和医疗保健等领域。

迄今为止，可见光、近红外（NIR）、中波红外（MWIR）和长波红外（LWIR）等波段需要单独的传感器。例如，自动驾驶汽车或军用无人机需要安装多个传感器来实现不同的功能。然而，宽带光电探测器将多个波长范围集成到一个传感器中。

传统的基于二维（2D）材料的宽带传感器只能探测可见光NIR的波长，而MWIR和LWIR的探测能力有限，而且它们在湿度和温度变化下的稳定性较差，阻碍了其在户外或国防领域的应用。

新开发的宽带光电探测器材料可探测从可见光到LWIR的全光谱，即使在高温高湿条件下也能保持稳定性。这可以通过用单个集成器件替代多个传感器来简化产品设计并降低生产成本。

例如，自动驾驶汽车或军用无人机可以将可见光传感器（用于白天成像和识别）、近红外传感器（例如激光雷达，用于测距）以及MWIR/LWIR传感器（用于夜间人体检测）集成在一起。

该团队采用了一种拓扑晶体绝缘体（SnSe₀.₉Te₀.₁），它源自二维半导体硒化锡（SnSe），并用碲（Te）替代。

作为一种量子材料，TCI具有较窄的带隙，能够探测MWIR和LWIR等长波光，同时保持高稳定性。与传统的二维半导体因带隙较大而无法探测低能光子不同，TCI结构允许电子在表面态上自由移动，从而实现宽带和高灵敏度探测，包括细微的长波红外热辐射，例如人体手指发出的热辐射。

因此，与传统的二维半导体（0.4–1.2μm）相比，这种新材料实现了约8倍宽的宽带探测范围（0.5–9.6μm）。此外，它还具有轻薄、轻便等特点，并且在高温、高湿甚至水下条件下都具有高度稳定性。

另一个关键优势是简化且低成本的制造工艺。

传统的TCI合成需要昂贵的超高真空设备，例如分子束外延（MBE），而研究团队设计的SnSe₀.₉Te₀.₁在保持拓扑特性的同时，降低了灵敏度，从而实现了基于溶液的热分解合成，成本高效。这使得在手掌大小的6英寸晶圆上实现均匀生产成为可能，并且与现有的半导体工艺兼容，有利于大规模生产。

目前，该团队正在将这项技术扩展到8英寸或更大的晶圆，并集成传感器阵列和电路，以开发完整的传感器模块。

Wooseok Song博士解释说：“该传感器的应用范围广泛，从自动驾驶汽车、军用无人机到智能手表和家庭物联网安全系统。”

KRICT院长Young-Kuk Lee强调：“这一突破将标志着替代昂贵的进口宽带传感器的转折点，并开启高性能韩国国产宽带传感器的时代。”