日本電氣（NEC Corporation）近日宣布，其成功開發(fā)出了世界上首款采用高純度半導(dǎo)體碳納米管（CNT）的高靈敏度非制冷紅外圖像傳感器。該傳感器采用了NEC專有的半導(dǎo)體CNT提取技術(shù)，NEC計(jì)劃將于2025年實(shí)現(xiàn)這款非制冷紅外圖像傳感器的實(shí)際應(yīng)用。

紅外圖像傳感器將紅外線轉(zhuǎn)換為電信號以獲取必要的信息，因此，即使在黑暗中也能夠檢測到人或物體發(fā)出的紅外線。目前，紅外圖像傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，以提供安全可靠的社會基礎(chǔ)設(shè)施，例如支持汽車在黑暗中行駛的夜視系統(tǒng)、飛機(jī)導(dǎo)航支持系統(tǒng)以及安防攝像頭等。

紅外圖像傳感器可以分為兩大類，一種是在極低溫度下工作的“制冷型”，另一種是接近室溫工作的“非制冷型”。制冷型紅外圖像傳感器具有高靈敏度和響應(yīng)性，但需要大尺寸、高成本、高耗能及定期維護(hù)的冷卻器。相比之下，非制冷型紅外圖像傳感器不需要冷卻器，這使其緊湊、經(jīng)濟(jì)、功耗低，但與制冷型相比，存在靈敏度和分辨率較差的問題。

（左）單壁CNT的電子顯微照片和圖像，（右）高純度半導(dǎo)體CNT薄膜的原子顯微鏡圖像

NEC在1991年全球首次發(fā)現(xiàn)了CNT，現(xiàn)已成為納米技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者。2018年，NEC開發(fā)了一項(xiàng)專有技術(shù)，能夠從混合金屬和半導(dǎo)體類單壁CNT中提取高純度的半導(dǎo)體CNT。NEC隨后發(fā)現(xiàn)，用該技術(shù)提取的半導(dǎo)體CNT薄膜在接近室溫時(shí)具有較大的電阻溫度系數(shù)（TCR）。

新開發(fā)的紅外圖像傳感器就是基于這些成果和技術(shù)的結(jié)晶。NEC基于其專有技術(shù)應(yīng)用了半導(dǎo)體CNT，具有高TCR（高靈敏度的重要指標(biāo)）的特點(diǎn)。因而，相比采用氧化釩或非晶硅的主流非制冷紅外圖像傳感器，這款新型傳感器的靈敏度達(dá)到了前者的三倍以上。

這款新器件結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，結(jié)合了非制冷紅外圖像傳感器中使用的熱分離結(jié)構(gòu)，以及用于實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的MEMS技術(shù)，再結(jié)合NEC多年來為印刷晶體管積累的CNT印刷和制造技術(shù)。基于此，NEC通過結(jié)構(gòu)組件排列，成功驗(yàn)證了這款640 x 480像素的高清非制冷紅外圖像傳感器。

（左）器件結(jié)構(gòu)，（右）CNT紅外陣列器件照片

這項(xiàng)成果的一部分通過與日本國立高級工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所（AIST）合作完成。此外，這項(xiàng)成果還得到了JPJ004596的支持，這是一項(xiàng)由日本防衛(wèi)省采購、技術(shù)與后勤局（ATLA）開展的安全技術(shù)研究促進(jìn)計(jì)劃。

展望未來，NEC將繼續(xù)研發(fā)紅外圖像傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可為社會各領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的產(chǎn)品和服務(wù)。