近日消息，日本三菱電機(jī)公司的先進(jìn)技術(shù)研發(fā)中心開發(fā)了一種石墨烯增強(qiáng)型圖像傳感器，可以用一臺(tái)設(shè)備檢測(cè)從可見光到太赫茲所有波長(zhǎng)的寬頻帶光。

與現(xiàn)有的多光譜圖像傳感器相比，石墨烯增強(qiáng)型圖像傳感器是一種成本更低、性能更高的多光譜圖像傳感器。目前，多光譜圖像傳感器需要根據(jù)波長(zhǎng)組合多種圖像傳感器以實(shí)現(xiàn)多光譜圖像檢測(cè)，并且需要高成本的材料和基于液氮的冷卻來檢測(cè)除可見光之外的光。

2018年10月17日至19日在日本千葉市舉辦的2018MEMS Sensing & Network System 展會(huì)上三菱首次展示了這種基于石墨烯的多光譜圖像傳感器。它是由大阪大學(xué)科學(xué)與工業(yè)研究所聯(lián)合三菱先進(jìn)技術(shù)研發(fā)中心及其他合作方聯(lián)合研發(fā)的。

這一次，三菱先進(jìn)技術(shù)研發(fā)中心使用了片狀的石墨烯材料，石墨烯的電子狀態(tài)不同于其他材料和半導(dǎo)體，而新的傳感器利用了這一特性。一般來說，電子以價(jià)電子的形式存在，價(jià)電子受原子核(最外層的殼層)和自由電子的束縛，自由電子可以在物質(zhì)中自由運(yùn)動(dòng)(在多個(gè)原子之間)。在低能價(jià)電子和高能自由電子之間，存在一個(gè)帶隙，它們不能作為電子存在。當(dāng)給出與能隙相對(duì)應(yīng)的能量時(shí)，價(jià)電子變成自由電子。

現(xiàn)有的圖像傳感器的光學(xué)傳感器利用輻照光的能量將價(jià)電子轉(zhuǎn)化為自由電子。通過電子讀出自由電子產(chǎn)生的電流來探測(cè)光。將價(jià)電子轉(zhuǎn)化為自由電子的能量取決于材料和結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)吸收與能量相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的光時(shí)，就會(huì)檢測(cè)到光。

在石墨烯中，沒有能將價(jià)電子轉(zhuǎn)化為自由電子的能隙。因此，原則上，它可以吸收任何波長(zhǎng)的光，將價(jià)電子轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂呻娮?。在現(xiàn)有CMOS圖像傳感器的陣列中配置利用石墨烯特性的光學(xué)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)在同一光軸上采集圖像的多光譜圖像傳感器。

在用于熱成像的遠(yuǎn)紅外傳感器中，被稱為“量子類型”的元素具有很高的性能。但在響應(yīng)速度和靈敏度方面，石墨烯的性能可能更高。量子類型通常使用特殊的材料，并需要冷卻到零下幾百度，以減少噪音的影響。相比之下，石墨烯基傳感器不需要冷卻。

先進(jìn)技術(shù)研發(fā)中心預(yù)計(jì)，石墨烯基傳感器將以多種優(yōu)異的性能取代各種遠(yuǎn)紅外傳感器。

根據(jù)先進(jìn)技術(shù)研究開發(fā)中心的說法，只接收特定波長(zhǎng)的光的濾波可以在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)，而無需使用光學(xué)方法。具體來說，能帶是通過使石墨烯有一個(gè)規(guī)則的圖案而人為地產(chǎn)生的，這樣傳感器就只對(duì)所需的波長(zhǎng)敏感。此外，還有一種形成共振結(jié)構(gòu)的方法，使得傳感器只對(duì)具有對(duì)應(yīng)于諧振頻率的特定波長(zhǎng)的光高度敏感。

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