科学家打造下一代中红外光学化学传感器
导语：中红外化学传感器工作的光谱范围为2.5~12 um，被认为是创新硅光子器件的最前沿。在不到十年的时间里，由于光谱学、材料加工、化学和生物分子传感、以及安全和工业应用的潜力日益增长，化学传感已经成为这些器件的关键应用之一。 法国原子能委员会电子与信息技术实验室(CEA-Leti)开发出了一种采用中红外硅光子学技术的下一代光学化学传感器原型，可以集成在智能手机和便携式设备中。 中红外化学传感器工作的光谱范围为2.5~12 um，被认为是创新硅光子器件的最前沿。在不到十年的时间里，由于光谱学、材料加工、化学和生物分子传感、以及安全和工业应用的潜力日益增长，化学传感已经成为这些器件的关键应用之一。 中红外光谱范围内的测量可提供高选择性、高灵敏且明确的化学品识别能力。 CEA-Leti这款硬币大小的片上传感器原型结合了高性能和低功耗的特点，已经为物联网应用做好了准备，可应用于多种消费类应用，例如智能家居和车辆空气质量监测，以及可穿戴健康应用等。其工业用途包括实时空气质量监测和广泛的工人安全应用。 目前市场上的中红外光学传感器通常体积大且昂贵。同时，小型化和廉价的传感器又无法满足消费类应用对精度、选择性和灵敏度的要求。 虽然尺寸和价格不是工业应用最关键的问题，但笨重且昂贵的光学传感器是消费类应用的主要障碍，因为消费类应用需要在各种便携式设备中实现可穿戴和集成。 “中红外硅光子技术已经构建了一类新的集成元件，实现了化学传感所需要的主要构建模块的芯片级集成，”Sergio Nicoletti说。Nicoletti是CEA-Leti在2019美国西部光电展(SPIE Photonics West 2019)上发布的《硅上中红外传感器微型化：挑战与展望》论文的第一作者。 CEA-Leti的这项突破结合了制造片上光学化学传感器所需要的三项现有技术：在硅片上集成中红外激光器;开发中红外波长范围的光子集成电路(PIC);以及硅芯片上光声探测器的微型化。 “虽然其他研发工作也有取得了类似的成果，但我们项目的主要成就在于采用了IC和MEMS产业典型的设备和工艺，”Nicoletti说，“我们对架构和工艺选择的重点关注，以及一系列步骤的特定联系，对于开发这种光学化学传感器也至关重要，CEA-Leti现在已将其作为演示原型实现了。”
