韓國研發全球最高性能無源光傳感器，靈敏度提高20倍

近日，韓國科學技術院（KAIST）的研究團隊宣布，成功開發出一款無需外部電源即可工作的全球最高性能的無源光傳感器，為可穿戴設備、生物信號監測、物聯網設備、自動駕駛汽車及機器人等領域帶來了革命性的技術突破。

元件顯微圖像

傳統光傳感器多采用硅基半導體，其對光的響應性較低，限制了性能提升。而近年來備受關注的二維半導體材料MoS?（二硫化鉬），雖然具有優異的電學性質，但其超薄的特性使得通過摻雜工藝調節電學性能變得極為困難，從而制約了高性能光傳感器的實現。

面對這一技術瓶頸，該研究團隊另辟蹊徑，引入了“范德華底電極”和“部分柵極”結構，避開了對傳統摻雜工藝的需要。研究團隊利用范德華力將電極輕柔地附著于二維半導體MoS?底部，形成“范德華底電極”。這一設計避免了傳統金屬電極對半導體晶格結構的損傷，確保了二維半導體原始結構的完整性，同時實現了高效的電信號傳輸。然后，通過在二維半導體的部分區域施加電信號，研究團隊創新性地實現了類似PN結的功能，即一側表現為P型（空穴多），另一側表現為N型（電子多）。這種“部分柵極”結構無需摻雜即可精確控制半導體的電學特性，顯著提升了光傳感器的性能。

得益于上述創新技術，新開發的無源光傳感器在靈敏度上實現了質的飛躍，并且無需外部電源，在光照下即可非常靈敏地產生電信號。其光響應度超過21 A/W，較傳統有源傳感器高出20倍以上，是硅基無源傳感器的10倍，MoS?基傳感器的2倍以上。如此高的靈敏度使得該傳感器在生物信號檢測及暗光環境下仍能保持卓越性能。

研究人員指出：“我們成功地實現了無需摻雜工藝即可控制電流流動的PN結，這項技術不僅限于傳感器領域，還可應用于智能手機及電子設備內部的關鍵電控部件，為未來電子設備的小型化與無源化奠定堅實基礎。”

責編：Ricardo