中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
據麥姆斯咨詢(xún)報道，美國桑迪亞國家實(shí)驗室（Sandia National Laboratories）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種微型納米天線(xiàn)，可以為“捕捉”熱量的相機和傳感器提供更清晰的熱紅外輻射圖像，用于從天文學(xué)研究到人、建筑物和物品等安防應用。
美國桑迪亞國家實(shí)驗室研究人員開(kāi)發(fā)的這種基于納米天線(xiàn)的探測器，可以將熱紅外相機的信號提升2~3倍，同時(shí)將暗電流降低10至100倍，從而大幅提高成像質(zhì)量。
“熱紅外相機和傳感器已經(jīng)存在了50年，但相機鏡頭或傳感器光學(xué)系統背后的探測器傳統設計似乎已經(jīng)達到了性能極限?！泵绹５蟻唶覍?shí)驗室納米天線(xiàn)項目負責人David Peters說(shuō)。
他表示，提高紅外探測器的靈敏度，突破典型設計所能提供的性能極限，對美國桑迪亞國家實(shí)驗室的國家安全工作，以及其他應用（如天文學(xué)研究）都很重要。
用更少的材料，捕捉更多的信號
紅外探測器的靈敏度和成像質(zhì)量通常依賴(lài)于一定厚度的探測器材料層，該材料層吸收入射熱量并將其轉化為可捕捉的電信號，然后轉化為圖像。探測器材料層的厚度決定了相機可以吸收并讀取的熱量，但是，過(guò)厚的探測器材料層也有缺點(diǎn)。
Peters介紹說(shuō)：“探測器材料會(huì )自發(fā)地產(chǎn)生可被捕捉的電子，這增加了圖像噪聲，進(jìn)而降低成像質(zhì)量。這種被稱(chēng)為暗電流的現象會(huì )隨著(zhù)探測器材料層的厚度而增加，材料層越厚，暗電流造成的圖像噪聲就越多?！?br/>
美國桑迪亞國家實(shí)驗室的研究小組開(kāi)發(fā)了一種新的探測器設計，不再依賴(lài)于較厚的探測器材料層，而是使用一種亞波長(cháng)納米天線(xiàn)——一種黃金制成的方形或十字形圖案化陣列，將光集中在較薄的探測器材料層上。該設計僅使用厚度不到1微米的探測器材料層，而傳統的熱紅外探測器材料層的厚度有5~10微米。作為參照，人頭發(fā)絲的寬度約為75微米。
這種納米天線(xiàn)增強型設計，可以將探測器對物體紅外輻射的吸收提高到50%以上，目前的技術(shù)僅能捕捉約25%的紅外輻射，同時(shí)，還可以降低由暗電流引起的圖像失真。它還能夠支持現有技術(shù)無(wú)法實(shí)現的新探測器概念。
“例如，使用這種納米天線(xiàn)，通過(guò)對光譜響應的像素級精確控制，可以顯著(zhù)擴大圖像中獲取的信息量?！盤(pán)eters說(shuō)。
該團隊通過(guò)對傳統紅外探測器的常規工藝稍作改進(jìn)，制造了這種基于納米天線(xiàn)的探測器。首先在晶圓頂部生長(cháng)探測器材料。然后將探測器材料倒裝到電路層上，該電路層讀取由納米天線(xiàn)和探測器層收集的信號。在除去晶圓之后，應用微量的黃金以在探測器材料頂部形成圖案化的納米天線(xiàn)層。
從實(shí)驗室走向產(chǎn)業(yè)化
Peters說(shuō)道：“我們沒(méi)有預料到可以獲得這么好的實(shí)驗結果?，F在，我們已經(jīng)證明了這一概念，并且這項技術(shù)已經(jīng)準備好商業(yè)化。這個(gè)概念可以應用于不同的探測器類(lèi)型，因此，紅外探測器制造商有機會(huì )將這項新技術(shù)整合到現有產(chǎn)品中?！?br style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: 漢儀南宮體簡(jiǎn), 'MS Sans Serif', sans-serif; font-size: 17.3333339691162px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 237, 196);"/>
Peters表示，美國桑迪亞國家實(shí)驗室正在尋求合作研究與開(kāi)發(fā)，以將該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
“該項目是一個(gè)完美的案例，展示了我們國家實(shí)驗室如何驗證一個(gè)技術(shù)概念，然后將其轉移至可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的產(chǎn)業(yè)界?！?nbsp;Peters自信地說(shuō)。
