芬兰阿尔托大学研发新型锗基红外光电二极管 实现环保与高性能双提升
时间：2025-01-07 11:30
小编：小世评选
芬兰阿尔托大学的研究团队最近在红外传感器技术上取得了突破性进展，成功研发出一种基于锗材料的新型光电二极管。这种创新的技术不仅在性能和成本方面有了明显提升，而且还有效降低了对环境和人类健康的影响。相关研究成果已在国际知名期刊《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）上发表，引起了广泛的关注。
光电二极管是将光信号转化为电信号的关键器件，广泛应用于生活中的各种电子设备，如电视遥控器、空调、心率监测器、条形码扫描器和烟雾探测器等。目前，市场上主流的红外光电二极管大多采用铟镓砷（InGaAs）材料。InGaAs材料不仅价格昂贵，而且具有一定的毒性和致癌潜力，对环境造成潜在威胁。同时，InGaAs材料与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的兼容性差，增加了集成电路设计的复杂性，使得这一技术的推广受到限制。
为了克服这些局限，阿尔托大学的研究小组决定转向使用锗材料。锗材料在光电响应方面具有优越性，不仅结合了InGaAs与胶体量子点的优点，且完全兼容CMOS技术，因此在集成设计上具有明显优势。尽管过去的研究在锗的应用上存有一些技术瓶颈，但研究团队通过创新的方法克服了这些挑战。
该研究的第一作者，阿尔托大学的博士研究员Hanchen Liu表示：“我们运用了多种先进技术来提升设备的性能，主要通过设计表面纳米结构来消除光学损耗，并尽量减少电学损耗。”这种结合新型材料及纳米结构的设计，使得新型锗基光电二极管能够在更广泛的波长范围内有效捕捉红外光子。
为了验证这一锗基光电二极管的性能，研究团队开发了一款概念验证设备，并对其在不同波长下的光离子捕捉能力进行了测试。研究结果显示，该设备的表现显著优于预期，光谱响应率已接近理论极限，能够在宽波长范围内捕捉到约90%的光子。在敏感度方面，该设备的响应率也超越了当前市面上商用的InGaAs光电二极管和先前的锗基传感器。
研究团队对此表示，能够实现如此高效且环境友好的红外传感器，标志着光电技术的一次重要飞跃。他们希望在不久的将来，这种新型的红外传感器能够进入市场，替代现有的InGaAs传感器，从而减少对环境的负面影响。
这一研发不仅展示了锗材料在红外光电技术应用上的巨大潜力，同时也反映了阿尔托大学在材料科学与工程领域的前瞻性探索。随着科技的进步，环保和性能的双重提升是未来电子设备发展的一大趋势。研究团队的成功为实现这一目标迈出了坚实的一步，同时也为相关领域的跨学科合作提供了新的思路。
未来，随着这些新型红外光电二极管的推广应用，预计将会有更多的日常设备实现更高效的红外传感能力。这不仅能够提高大家日常生活中的便利性，同时也将为科技产业的可持续发展做出重要贡献。
芬兰阿尔托大学在红外光电传感器领域的创新开发，是科技进步与环保意识结合的一次成功案例。它不仅为传统红外传感器技术带来了新的发展机遇，同时也为全球范围内科技与环保的协调发展提供了有力的支持。随着不断的技术演进，未来将会有更多类似的研究成果涌现，推动社会向更加可持续的方向发展。
