研究人员开发了一种创新的光电探测器，能够检测广泛的中红外光谱。
美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）利用中红外光谱技术精确分析外星行星大气中的水蒸气和二氧化硫等分子成分。这一分析的关键在于能够测量非常微弱光强的高灵敏度光电探测器技术，其中每个分子都显示出独特的光谱“指纹”。最近，KAIST的研究人员开发了一种能够检测广泛中红外光谱的创新光电探测器。
KAIST（由李光亨校长代表）于3月27日宣布，由电子工程学院金相贤教授领导的研究团队开发了一种在室温下稳定工作的中红外光电探测器，这标志着超紧凑光学传感器商业化的重要转折点。
新开发的光电探测器采用传统的基于硅的CMOS工艺，使得在保持室温下稳定工作的同时，能够实现低成本的大规模生产。值得注意的是，研究团队成功演示了使用配备这种光电探测器的超紧凑和超薄光学传感器实时检测二氧化碳（CO2）气体，证明了其在环境监测和有害气体分析中的潜力。
现有的中红外光电探测器通常由于室温下的高热噪声而需要冷却系统。这些冷却系统增加了设备的体积和成本，给微型化和集成到便携设备中带来了挑战。此外，传统的中红外光电探测器与基于硅的CMOS工艺不兼容，限制了大规模生产和商业化。
为了解决这些限制，研究团队开发了一种采用与硅同属IV族元素的锗（Ge）的波导集成光电探测器。这种方法不仅能够进行广谱中红外检测，还确保了在室温下的稳定运行。
波导是一种旨在以最小损耗有效引导光沿特定路径的结构。为了在芯片上实现各种光学功能，开发波导集成光电探测器和基于波导的光学组件至关重要。
与主要依赖带隙吸收原理的传统光电探测器不同，这项新技术利用了玻尔效应*，使其能够检测整个中红外光谱范围。因此，它可以广泛应用于各种分子物种的实时传感。
*玻尔效应：一种原理，即光吸收导致温度上升，从而引起电信号的变化。
研究团队开发的波导集成中红外光电探测器被认为是一项突破性创新，克服了现有中红外传感器技术的局限性，包括对冷却的需求、大规模生产的困难和高成本。
这项突破性技术预计将在环境监测、医学诊断、工业过程管理、国家安全和智能设备等多个领域应用。它也为下一代中红外传感器的进步铺平了道路。
KAIST的金相贤教授表示：“这项研究代表了一种新的方法，克服了现有中红外光电探测器技术的局限性，并在各个领域具有很大的实际应用潜力。”他进一步强调：“由于这种传感器技术与CMOS工艺兼容，能够实现低成本的大规模生产，非常适合下一代环境监测系统和智能制造场所。”
该研究由目前在哈佛大学担任博士后研究员的沈俊燮博士作为第一作者，于2025年3月19日在《光：科学与应用》期刊上发表。
