考納斯理工大學(xué)（KTU）材料科學(xué)研究所的研究團隊開發(fā)了新款基于石墨烯-有機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、運動傳感器和藥品等領(lǐng)域。如今機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紅外傳感器。

該研究團隊的首席研究員?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。

Me?kinis博士表示：這些傳感器的主要缺點是靈敏度低。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)機械設(shè)備，旨在測量最小位移和距離、機械設(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?！?/p>

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（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估光強度（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，研究團隊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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