2019-09-16 21:30:02
Nanoantennas帮助探测器看到更多的热量更少的噪音

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桑迪亚国家实验室的研究人员开发了微小的金色天线,以帮助“看到”热量的照相机和传感器提供更清晰的热红外辐射图像,用于从星星和星系到需要安全的人,建筑物和物品。

在实验室指导的研究和开发项目中,一组研究人员开发了一种纳米天线探测器,可以将热红外摄像机的信号提升三倍,并通过降低暗电流(图像噪声的主要成分)来提高图像质量, 10至100倍。

热红外摄像机和传感器已经存在了50年,但是传感器设计的探测器位于摄像机镜头或传感器的光学系统后面似乎达到了其性能极限,Sandia经理和纳米天线项目负责人David Peters说。

他表示,红外探测器的灵敏度提高,超出典型设计所能提供的灵敏度,对桑迪亚的国家安全工作和其他用途(如天文研究)都很重要。

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红外探测器的灵敏度和图像质量通常取决于厚厚的探测器材料层,该材料吸收热量并将其转化为可收集并转化为图像的电信号。探测器层的厚度决定了摄像机可以吸收和读取多少热量,但厚层也有缺点。

“探测器材料总是会自发地产生被收集的电子并为图像增加噪声,从而降低图像质量,”彼得斯说。 “这种被称为暗电流的现象随着探测器材料的厚度而增加 - 材料越厚,它产生的图像中的噪声就越多。”

研究小组开发了一种新的探测器设计,它不再依赖于厚层,而是使用亚波长纳米天线,金色正方形或十字形图案阵列,将光线集中在较薄的探测器材料层上。该设计仅使用一分之一微米的探测器材料,而传统的热红外探测器具有5至10微米的厚度。人的头发宽度约为75微米。

nanoantenna增强型设计有助于探测器看到物体红外辐射的50%以上,同时还可以减少由暗电流引起的图像失真,而目前的技术只能看到约25%的红外辐射。它还允许发明现有技术不可能的新探测器概念。

“例如,使用nanoantennas,通过精确控制像素级的光谱响应,可以显着扩大图像中获取的信息量,”Peters说。

该团队通过稍微改变制作红外探测器的常规过程来制作支持nanoantenna的探测器。它首先将探测器材料“生长”在称为晶圆的薄盘顶部。然后将探测器材料翻转到电子层上,该电子层读取由纳米天线和探测器层收集的信号。在丢弃晶片之后,施加少量的金以在探测器材料的顶部上形成图案化的纳米天线层。

从国家实验室到工业

彼得斯说:“这不是一个可行的,所以这就是桑迪亚接受它的原因。” “现在,我们已经证明了这一概念并且这项技术已经准备好商业化。这个概念可以应用于不同的探测器类型,因此现有制造商有机会将这项新技术与现有的探测器相结合。 “

彼得斯表示,桑迪亚正在寻求领导,以制定合作研究与开发协议,以开始将该技术转让给工业界。

“该项目是一个完美的例子,说明国家实验室如何证明一个概念,然后将其转移到可以进一步开发的行业。”彼得斯说。

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