法國原子能委員會電子與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(CEA-Leti)開發(fā)出了一種采用中紅外硅光子學(xué)技術(shù)的下一代光學(xué)化學(xué)傳感器原型，可以集成在智能手機(jī)和其它便攜式設(shè)備中。

       中紅外化學(xué)傳感器工作的光譜范圍為2.5~12 um，被認(rèn)為是創(chuàng)新硅光子器件的最前沿。在不到十年的時間里，由于光譜學(xué)、材料加工、化學(xué)和生物分子傳感、以及安全和工業(yè)應(yīng)用的潛力日益增長，化學(xué)傳感已經(jīng)成為這些器件的關(guān)鍵應(yīng)用之一。

       中紅外光譜范圍內(nèi)的測量可提供高選擇性、高靈敏且明確的化學(xué)品識別能力。

　　CEA-Leti這款硬幣大小的片上傳感器原型結(jié)合了高性能和低功耗的特點(diǎn)，已經(jīng)為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用做好了準(zhǔn)備，可應(yīng)用于多種消費(fèi)類應(yīng)用，例如智能家居和車輛空氣質(zhì)量監(jiān)測，以及可穿戴健康應(yīng)用等。其工業(yè)用途包括實(shí)時空氣質(zhì)量監(jiān)測和廣泛的工人安全應(yīng)用。

　　目前市場上的中紅外光學(xué)傳感器通常體積大且昂貴。同時，小型化和廉價的傳感器又無法滿足消費(fèi)類應(yīng)用對精度、選擇性和靈敏度的要求。

　　雖然尺寸和價格不是工業(yè)應(yīng)用最關(guān)鍵的問題，但笨重且昂貴的光學(xué)傳感器是消費(fèi)類應(yīng)用的主要障礙，因?yàn)橄M(fèi)類應(yīng)用需要在各種便攜式設(shè)備中實(shí)現(xiàn)可穿戴和集成。

　　“中紅外硅光子技術(shù)已經(jīng)構(gòu)建了一類新的集成元件，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)傳感所需要的主要構(gòu)建模塊的芯片級集成，”Sergio Nicoletti說。Nicoletti是CEA-Leti在2019美國西部光電展(SPIE Photonics West 2019)上發(fā)布的《硅上中紅外傳感器微型化：挑戰(zhàn)與展望》論文的第一作者。

　　CEA-Leti的這項(xiàng)突破結(jié)合了制造片上光學(xué)化學(xué)傳感器所需要的三項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)：在硅片上集成中紅外激光器;開發(fā)中紅外波長范圍的光子集成電路(PIC);以及硅芯片上光聲探測器的微型化。

　　“雖然其他研發(fā)工作也有取得了類似的成果，但我們項(xiàng)目的主要成就在于采用了IC和MEMS產(chǎn)業(yè)典型的設(shè)備和工藝，”Nicoletti說，“我們對架構(gòu)和工藝選擇的重點(diǎn)關(guān)注，以及一系列步驟的特定聯(lián)系，對于開發(fā)這種光學(xué)化學(xué)傳感器也至關(guān)重要，CEA-Leti現(xiàn)在已將其作為演示原型實(shí)現(xiàn)了。”