科学家制造新型高温热红外传感器

长波红外热成像技术可以集成到智能手机中以捕捉高温下的热特征

用于检测和捕获人体和其他物体热特征图像的热成像传感器最近在恒温器中大量使用，以检查面部温度，以非接触式方式尝试筛查 COVID-19。在这种情况下，智能手机行业正在积极考虑将此类传感器纳入便携式功能，以创建实时测量温度的附加功能。此外，将此类技术应用于自动驾驶汽车可以促进更安全的自动驾驶。

韩国科学技术研究院 (KIST) 光电材料与器件中心的 Won Jun Choi 领导的研究小组宣布开发出一种基于半导体二氧化钒的热成像传感器，该传感器通过与成均馆大学 (SKKU) 的 Jeong Min Baik 团队的融合研究，克服了价格和工作温度限制存在的问题。

在这项工作中开发的传感器可以在高达 100 摄氏度的温度下运行，无需冷却装置，预计比市场上的标准传感器更实惠，这反过来为其在智能手机和自动驾驶汽车中的应用铺平了道路。

为了与智能手机和自动驾驶汽车的硬件集成，传感器必须分别在 85 摄氏度和 125 摄氏度的高温下稳定运行，没有任何困难。传统的热成像传感器要满足这一标准，就需要一个独立的冷却装置。然而，高端冷却器件价格昂贵，仍然不适合在高达 85 摄氏度的温度下运行。

KIST 和 SKKU 的联合研究团队开发了一种使用在 100 摄氏度下稳定的二氧化钒 (VO₂)-B 薄膜的器件。该器件检测热量产生的红外光并将其转换为电信号；这消除了对冷却器件的需求，冷却器件占热成像传感器成本的 10% 以上，并且消耗大量电力。

该器件能够在 100 摄氏度下获得与室温相同水平的红外信号。此外，由于制造和使用可以吸收尽可能多的外部红外光的红外吸收剂，因此以三倍的灵敏度检测到热特征并将其转换为电信号。该器件即使在 100 摄氏度下也显示出约 3 毫秒的响应时间，这比传统器件快约 3~4 倍。如此高的响应速度使该器件能够以每秒 100 帧的速度捕获热图像，远远超过每秒 30-40 帧的传统水平。这也使该器件成为用于自动驾驶汽车的有趣候选者。

KIST 的 Choi 说：“通过我们在这项研究中的融合研究，我们开发了一种技术，可以显著降低热成像传感器的生产成本。与更传统的器件相比，我们的器件具有出色的响应度和运行速度。我们预计这将加速热成像传感器在军用供应、智能手机和自动驾驶汽车行业的使用。”

参考文献

'Wide-temperature (up to 100 °C) operation of thermostable vanadium oxide based microbolometers with Ti/MgF2 infrared absorbing layer for long wavelength infrared (LWIR) detection' by Hye Jin Lee et al; Applied Surface Science, Volume 547, 1 May 2021

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