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KTU研究人員研發(fā)出高度敏感的石墨烯-有機(jī)硅紅外傳感器

作者:傳感器大佬
來源:傳感器專家網(wǎng)
日期:2020-10-22 09:16:35
摘要:新型紅外傳感器可以助力我們從太空進(jìn)行地球觀測,進(jìn)行行星際飛行任務(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)動傳感器和藥品等行業(yè)應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:紅外傳感器

  考納斯工業(yè)大學(xué)(KTU)材料科學(xué)研究所的一組研究人員創(chuàng)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(jìn)行地球觀測,進(jìn)行行星際飛行任務(wù)以探索其他行星的大氣層或?qū)ふ一鹦巧系纳?。如果不將紅外線傳感器安裝在各種設(shè)備中,所有這些都不能實現(xiàn)。此外,該傳感器還用于夜視設(shè)備,建筑節(jié)能控制系統(tǒng),光通信線路,運(yùn)動傳感器和藥品等行業(yè)應(yīng)用。

  如今機(jī)場還使用這種傳感器來遠(yuǎn)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(yè)大學(xué)(KTU)的研究人員一直在努力改進(jìn)這些傳感器。

  該研究小組的首席研究員?ar?nasMe?kinis博士認(rèn)為,與其他紅外傳感器相比,肖特基接觸傳感器的制造技術(shù)非常簡單。這些傳感器的許多陣列可以制成在半導(dǎo)體板上,例如硅板。肖特基接觸傳感器的一個重要優(yōu)點是開關(guān)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(zhuǎn)換成光電子。因此,我們決定在石墨烯上制造納米結(jié)構(gòu)的金屬等離子體吸收器,從而提高了這些傳感器的靈敏度?!?span style="font-size: 14px;font-family: Calibri, sans-serif">?ar?nasMe?kinis博士說。

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  考納斯工業(yè)大學(xué)開發(fā)的石墨烯-有機(jī)硅紅外傳感器(俯視圖)

  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,以監(jiān)測水和土地邊界,森林火災(zāi),熔巖流。它們還用于氣象,以評估植物和土壤,地質(zhì),光通信系統(tǒng)中的水位。

  這些傳感器用于研究其他行星:礦物學(xué)分析,行星大氣中的大氣現(xiàn)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?!?span style="font-size: 14px;font-family: Calibri, sans-serif">?ar?nasMe?kinis博士說。

  由KTU研究人員創(chuàng)建的傳感器可以以多種方式應(yīng)用。?ar?nasMe?kinis博士認(rèn)為,首先要考慮的是使這些傳感器適應(yīng)光學(xué)編碼。光學(xué)編碼器是高精度的光機(jī)械設(shè)備,旨在測量最小位移,距離,機(jī)械設(shè)備及其組件的精度以及轉(zhuǎn)速。

  “在太空中,光學(xué)編碼器用于激光通信終端,地面光學(xué)衛(wèi)星站。此外,在低軌道衛(wèi)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(wèi)星上的攝像機(jī),太空望遠(yuǎn)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(dǎo)體上的金屬層組成。該金屬在半導(dǎo)體表面層中產(chǎn)生電場。

  “當(dāng)在金屬或半導(dǎo)體表面層中產(chǎn)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(qiáng)度(包括紅外線輻射。”?ar?nasMe?kinis博士說。

  由于常規(guī)傳感器只能將一小部分光子-光子轉(zhuǎn)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(jié)果,在石墨烯中產(chǎn)生的幾乎所有光電子都將以適當(dāng)?shù)慕嵌鹊竭_(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)體接觸器中的光電流大得多?!?strong style="white-space: normal;">?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(dá)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(jié)構(gòu)(稱為等離子體納米結(jié)構(gòu)液體)解決了這一問題。他們提高了光電傳感器的靈敏度?!毖芯咳藛T解釋說。

  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?ar?nasMe?kinis博士指出,石墨烯和半導(dǎo)體Shottky接觸式光電傳感器尚未量產(chǎn)。