KTU研究人員研發出高度敏感的石墨烯-有機硅紅外傳感器

2020-10-22 16:32:45 來源:

考納斯工業大學(KTU)材料科學研究所的一組研究人員創建了新的基于石墨烯和硅肖特基接觸的紅外輻射傳感器,這些傳感器比目前市場上使用的紅外傳感器更有效。

新型紅外傳感器可以助力我們從太空進行地球觀測,進行行星際飛行任務以探索其他行星的大氣層或尋找火星上的生命。如果不將紅外線傳感器安裝在各種設備中,所有這些都不能實現。此外,該傳感器還用于夜視設備,建筑節能控制系統,光通信線路,運動傳感器和藥品等行業應用。

如今機場還使用這種傳感器來遠程測量乘客的體溫,以識別感染了Covid-19病毒的人。事實上,在過去的幾年中,考納斯工業大學(KTU)的研究人員一直在努力改進這些傳感器。

該研究小組的首席研究員?ar?nasMe?kinis博士認為,與其他紅外傳感器相比,肖特基接觸傳感器的制造技術非常簡單。這些傳感器的許多陣列可以制成在半導體板上,例如硅板。肖特基接觸傳感器的一個重要優點是開關速度快。

但是,這些傳感器的主要缺點之一是靈敏度低。那是因為它們只能將一小部分光粒子-光子-轉換成光電子。因此,我們決定在石墨烯上制造納米結構的金屬等離子體吸收器,從而提高了這些傳感器的靈敏度。”?ar?nasMe?kinis博士說。

傳感器的應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星,以監測水和土地邊界,森林火災,熔巖流。它們還用于氣象,以評估植物和土壤,地質,光通信系統中的水位。

這些傳感器用于研究其他行星:礦物學分析,行星大氣中的大氣現象以及尋找可能的生命跡象。它們對于太空中的許多類型的研究都很重要。”?ar?nasMe?kinis博士說。

KTU研究人員創建的傳感器可以以多種方式應用。?ar?nasMe?kinis博士認為,首先要考慮的是使這些傳感器適應光學編碼。光學編碼器是高精度的光機械設備,旨在測量最小位移,距離,機械設備及其組件的精度以及轉速。

在太空中,光學編碼器用于激光通信終端,地面光學衛星站。此外,在低軌道衛星與地球之間的基于激光的通信中,航天器激光定位器(LiDAR),安裝在衛星上的攝像機,太空望遠鏡,” KTU研究人員說。

石墨烯使傳感器更加靈敏

肖特基接觸傳感器通常由生長在半導體上的金屬層組成。該金屬在半導體表面層中產生電場。

當在金屬或半導體表面層中產生光電子(由原子從原子釋放的自由電子)時,它們可以被電場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(包括紅外線輻射。”?ar?nasMe?kinis博士說。由于常規傳感器只能將一小部分光子-光子轉換為光電子,因此研究人員決定使用石墨烯代替金屬來解決此問題,并以此方式提高此類傳感器的靈敏度。

因為石墨烯是超薄的,所以沒有自由電子散射問題。結果,在石墨烯中產生的幾乎所有光電子都將以適當的角度到達石墨烯和半導體結,并流向半導體。傳感器中產生的光電流將比金屬半導體接觸器中的光電流大得多。”?ar?nasMe?kinis博士解釋說。然而,石墨烯的超小厚度也是要解決的重要問題。一層石墨烯只能吸收到達它的光子的2.3%。

我們通過在石墨烯上形成特殊的金屬納米結構(稱為等離子體納米結構液體)解決了這一問題。他們提高了光電傳感器的靈敏度。研究人員解釋說。盡管金屬半導體肖特基接觸式傳感器已經在市場上銷售了30多年,但?ar?nasMe?kinis博士指出,石墨烯和半導體Shottky接觸式光電傳感器尚未量產。

來源:傳感器專家網

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