日本三菱开发出石墨烯增强型图像传感器，成本低实现全光谱检测！

近日消息，日本三菱电机公司的先进技术研发中心开发了一种石墨烯增强型图像传感器，可以用一台设备检测从可见光到太赫兹所有波长的宽频带光。

与现有的多光谱图像传感器相比，石墨烯增强型图像传感器是一种成本更低、性能更高的多光谱图像传感器。目前，多光谱图像传感器需要根据波长组合多种图像传感器以实现多光谱图像检测，并且需要高成本的材料和基于液氮的冷却来检测除可见光之外的光。

2018年10月17日至19日在日本千叶市举办的2018MEMS Sensing & Network System 展会上三菱首次展示了这种基于石墨烯的多光谱图像传感器。它是由大阪大学科学与工业研究所联合三菱先进技术研发中心及其他合作方联合研发的。

这一次，三菱先进技术研发中心使用了片状的石墨烯材料，石墨烯的电子状态不同于其他材料和半导体，而新的传感器利用了这一特性。一般来说，电子以价电子的形式存在，价电子受原子核(最外层的壳层)和自由电子的束缚，自由电子可以在物质中自由运动(在多个原子之间)。在低能价电子和高能自由电子之间，存在一个带隙，它们不能作为电子存在。当给出与能隙相对应的能量时，价电子变成自由电子。

现有的图像传感器的光学传感器利用辐照光的能量将价电子转化为自由电子。通过电子读出自由电子产生的电流来探测光。将价电子转化为自由电子的能量取决于材料和结构。因此，当吸收与能量相对应的波长的光时，就会检测到光。

在石墨烯中，没有能将价电子转化为自由电子的能隙。因此，原则上，它可以吸收任何波长的光，将价电子转变为自由电子。在现有CMOS图像传感器的阵列中配置利用石墨烯特性的光学传感器，可以实现在同一光轴上采集图像的多光谱图像传感器。

在用于热成像的远红外传感器中，被称为“量子类型”的元素具有很高的性能。但在响应速度和灵敏度方面，石墨烯的性能可能更高。量子类型通常使用特殊的材料，并需要冷却到零下几百度，以减少噪音的影响。相比之下，石墨烯基传感器不需要冷却。

先进技术研发中心预计，石墨烯基传感器将以多种优异的性能取代各种远红外传感器。

根据先进技术研究开发中心的说法，只接收特定波长的光的滤波可以在结构上实现，而无需使用光学方法。具体来说，能带是通过使石墨烯有一个规则的图案而人为地产生的，这样传感器就只对所需的波长敏感。此外，还有一种形成共振结构的方法，使得传感器只对具有对应于谐振频率的特定波长的光高度敏感。

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