【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學院上海技術物理研究所紅外科學與技術全國重點實驗室胡偉達、苗金水團隊提出了一種基于Ⅲ-Ⅴ族銦砷基的室溫光電探測器，開發(fā)了緊湊、低功耗的非色散紅外(NDIR)探測系統(tǒng)，實現(xiàn)了高靈敏、快速的氣體探測。該研究為基于光伏器件高靈敏NDIR系統(tǒng)的設計和高度集成化的傳感硬件提供了全新范式。
 

　　中波紅外是氣體等目標紅外光譜學檢測的理想波段。然而，中波光電探測器通常由窄帶隙半導體構成，往往面臨嚴重的噪聲問題，需要低溫操作。這一問題顯著增加了目標傳感系統(tǒng)的體積和功耗。研究團隊借助液相外延生長技術設計了一種基于Ⅲ-Ⅴ族銦砷基材料的室溫中波紅外光伏型器件，通過在能帶中引入勢壘阻擋層等方式抑制器件噪聲，有效提升器件室溫性能。
 

　　研究團隊討論了材料組分、器件結構與摻雜濃度等參數(shù)優(yōu)化方法，改良了材料生長與器件制備工藝。最終，該探測器的峰值比探測率達到了2.1×1010 cm·Hz1/2·W-1，響應速度小于40 ns。圍繞該探測器，研究團隊開發(fā)了專門的紅外氣體傳感器及NDIR系統(tǒng)。對可燃烴氣體實現(xiàn)了ppm量級的快速檢測(甲烷低于1 ppm，乙炔低于700 ppb)。此外，探測器的優(yōu)異性能賦予了系統(tǒng)架構較好的通用性，能夠滿足各種生產活動和日常生活需求。
 

　　研究成果以“Ultrasensitive and Fast Gas Detection Based on Room-temperature Indium Arsenide Mid-Wavelength Infrared Photodetectors”(基于銦砷室溫中波紅外探測器的超靈敏快速氣體探測)為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials(《先進功能材料》)期刊上。胡偉達研究員、苗金水研究員和胡淑紅研究員為論文的共同通訊作者，董祎和段世坤為論文的共同第一作者。
 

　　該項研究工作得到科技部、國家自然科學基金委、中國科學院的支持。
 

　　a-銦砷基光電探測器結構原理圖；b-比探測率譜和噪聲等效功率譜；c-光電響應時間曲線；d-NDIR氣體傳感器原理圖；e-銦砷基 NDIR氣體傳感系統(tǒng)與其他氣體系統(tǒng)和傳感器在探測限和響應速度上的比較