摘要：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。...

NASA的詹姆斯·韦伯（James Webb）空间望远镜（JWST）利用中红外光谱法来精确分析分子成分，例如水蒸气和二氧化硫在系外球星的大气中。该分析的关键，每个分子都表现出独特的光谱“指纹”，其中高度敏感的光电探测器技术能够测量极度弱的光强度。最近，KAIST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。

KAIST（由Kwang-Hyung Lee总统代表）在3月27日宣布，由电气工程学院的Sanghyeon Kim教授领导的研究团队开发了一个中型光照光电探测器，在室温下稳定运行，这标志着超高配置光学传感器商业化的主要转折点。

新开发的光电探测器利用了常规的基于硅的CMOS工艺，可以在室温下保持稳定的运行，从而实现低成本的质量生产。值得注意的是，研究小组成功证明了二氧化碳的实时检测（CO₂）使用配备了该光电探测器的超紧凑和超薄光学传感器的气体，证明了其在环境监测和危险气体分析中的潜力。

现有的中红外光电电视机通常需要在室温下热噪声而需要冷却系统。这些冷却系统增加了设备的尺寸和成本，使小型化并集成到便携式设备中，具有挑战性。此外，常规的中红外光电探测器与基于硅的CMOS过程不相容，从而限制了大规模的生产和商业化。

为了解决这些局限性，研究小组使用晶型族（GE）（像硅等元素）开发了波导集成的光电探测器。这种方法可实现广泛的中红外检测，同时确保在室温下稳定操作。

波导是一种设计，旨在有效地沿特定路径有效引导光线，但损失最小。为了在芯片上实施各种光学功能（片上），至关重要的是波导指导集成光电遗传学和基于波导的光学组件的发展是必不可少的。

与主要依赖带隙吸收原理的常规光电探测器不同，这项新技术利用了辐射效应*，从而可以检测整个中红外光谱范围。结果，它可以广泛应用于各种分子物种的实时感测。

降压效应：光吸收导致温度升高，导致电信号相应地变化的原理。

研究团队开发的波导集成的中红外光电探测器被认为是一项开创性的创新，它克服了现有的中红外传感器技术的局限性，包括对冷却的需求，质量生产困难和高成本。

预计该突破性技术将适用于各种领域，包括环境监测，医疗诊断，工业过程管理，国防和安全以及智能设备。它还为下一代中红外传感器的进步铺平了道路。

Kaist的Sanghyeon Kim教授说：“这项研究代表了一种新的方法，它克服了现有的中红外光电探测器技术的局限性，并且具有在各个领域实践应用的巨大潜力。”他进一步强调：“由于该传感器技术与CMOS流程兼容，因此可以实现低成本的质量生产，使其非常适合下一代环境监测系统和智能制造网站。”

这项研究与Joonsup Shim博士（目前是哈佛大学的博士后研究员）为第一作者，于2025年3月19日在《杂志》上发表光：科学与应用。