纳米热电红外辐射热计

红外(IR)辐射探测器被广泛应用于从热成像到气体光谱传感等众多领域。以单一技术实现高速、高灵敏度、低功耗且低成本,仍是红外传感器领域的挑战。通过结合纳米热电转换与纳米膜光子吸收体,我们展示了一种非制冷红外辐射热计技术,该技术与大规模 CMOS 制造工艺材料兼容,并对波长约 10 $\mu$m 的长波红外(LWIR)提供快速且高灵敏度的响应。其快速工作速度源于连接亚 100 nm 厚 n 型和 p 型 Si 纳米热电支撑梁的低热容金属层栅格吸收体,该吸收体将辐射引起的温升转换为电压。纳米热电换能-支撑方案得益于梁中增强的声子表面散射导致热导率降低,从而提升灵敏度。我们展示了不同尺寸的纳米热电辐射热探测像素,其长波红外响应度、比探测率和时间常数分别在 179-2930 V/W、0.15-3.1$\cdot10^{8}$ cmHz$^{1/2}$/W 和 66-3600 $\mu$s 范围内。我们将该技术与不同的长波红外探测器方案进行基准对比,并展示了纳米热电探测技术如何达到由声子和光子热涨落噪声所施加的基本灵敏度极限。