在考纳斯工业大学（KTU）材料科学研究所，一个研究小组开发了新的基于硅和石墨烯肖特基接触的红外辐射传感器，其效率要高于市场上的红外传感器。

石墨烯-硅红外传感器（俯视图）。图片提供：考纳斯工业大学。

如果没有在不同设备中安装红外传感器，就不可能从太空和行星际飞行任务中观察地球以调查其他行星的大气或寻找火星上的生命。

这种传感器甚至用于节能控制系统，夜视设备，运动传感器，光通信线路和药品中。目前，机场使用这些传感器对乘客的体温进行远程测量，以检测出感染了Covid-19病毒的人。

在过去的两年中，考纳斯工业大学（KTU）的科学家一直在努力优化这些传感器。

该研究小组的首席研究员ŠarūnasMeškinis博士指出，肖特基接触式传感器的制造技术比其他红外传感器要简单得多。这些传感器的多个阵列可以在半导体（例如硅板）上开发。快速的开关速度是肖特基接触传感器的主要优点。

但是，这些传感器的主要缺点之一是灵敏度低。那是因为它们只能将一小部分光粒子（光子）转换成光电子。因此，我们决定在石墨烯上制造纳米结构的金属等离子体吸收体，从而提高了这些传感器的灵敏度。

考纳斯工业大学研究主任ŠarūnasMeškinis博士

传感器的应用-从气象到太空观测

肖特基接触式光电传感器可用于人造地球卫星中，以追踪水和土地边界，熔岩流和森林火灾。此外，它们还用于气象学中以评估土壤和植物，地质学和光通信系统中的水位。

这些传感器用于研究其他行星：矿物学分析，行星大气中的大气现象以及寻找可能的生命迹象。它们对于许多类型的太空研究都很重要。

考纳斯工业大学研究主任ŠarūnasMeškinis博士。

KTU研究人员开发的传感器可用于多种应用。 Meškinis博士说，第一个是调整这些传感器以用于光学编码。光学编码器是一种高精度的光学机械设备，旨在量化距离，最小位移，机械设备及其组件的精度以及转速。

“在太空中，光学编码器用于激光通信终端，地面光学卫星站。此外，在低轨道卫星与地球之间的基于激光的通信中，航天器激光定位器（LiDAR），卫星安装的摄像机，太空望远镜，” KTU研究人员补充说。

石墨烯使传感器更加灵敏

通常，肖特基接触传感器包括在半导体上形成的金属层。该金属层在半导体表面层中产生电场。

“当在金属或该半导体表面层中产生光电子（由光从原子释放的自由电子）时，可以通过电场将其提取并形成所谓的光电流，该光电流可以测量并用于评估光强度（包括红外线辐射。”Meškinis博士解释说。

传统的传感器只能将一小部分光粒子（或光子）转换为光电子。因此，研究小组采用石墨烯而不是金属来解决此问题，从而提高了此类传感器的灵敏度。

因为石墨烯是超薄的，所以没有自由电子散射问题。结果，在石墨烯中产生的几乎所有光电子都将以适当的角度到达石墨烯和半导体结，并流向半导体。传感器中产生的光电流将比金属-半导体接触器情况大得多。

考纳斯工业大学研究主任ŠarūnasMeškinis博士

但是，石墨烯的超小厚度也是修复的关键问题。单层石墨烯只能吸收2.3％的入射光子。

“我们通过在石墨烯上形成特殊的金属纳米结构（称为等离子体纳米结构液体）解决了这一问题。他们提高了光电传感器的灵敏度。”研究人员补充说。

尽管金属半导体肖特基接触式传感器已经在市场上销售了三十多年，但Meškinis博士指出，半导体和石墨烯Shottky接触式光电传感器尚未大规模生产。