與現(xiàn)有的多光譜圖像傳感器相比，石墨烯增強型圖像傳感器是一種成本更低、性能更高的多光譜圖像傳感器。目前，多光譜圖像傳感器需要根據(jù)波長組合多種圖像傳感器以實現(xiàn)多光譜圖像檢測，并且需要高成本的材料和基于液氮的冷卻來檢測除可見光之外的光。

2018年10月17日至19日在日本千葉市舉辦的2018MEMS Sensing & Network System 展會上三菱首次展示了這種基于石墨烯的多光譜圖像傳感器。它是由大阪大學科學與工業(yè)研究所聯(lián)合三菱先進技術研發(fā)中心及其他合作方聯(lián)合研發(fā)的。

這一次，三菱先進技術研發(fā)中心使用了片狀的石墨烯材料，石墨烯的電子狀態(tài)不同于其他材料和半導體，而新的傳感器利用了這一特性。一般來說，電子以價電子的形式存在，價電子受原子核(最外層的殼層)和自由電子的束縛，自由電子可以在物質(zhì)中自由運動(在多個原子之間)。在低能價電子和高能自由電子之間，存在一個帶隙，它們不能作為電子存在。當給出與能隙相對應的能量時，價電子變成自由電子。

現(xiàn)有的圖像傳感器的光學傳感器利用輻照光的能量將價電子轉化為自由電子。通過電子讀出自由電子產(chǎn)生的電流來探測光。將價電子轉化為自由電子的能量取決于材料和結構。因此，當吸收與能量相對應的波長的光時，就會檢測到光。

在石墨烯中，沒有能將價電子轉化為自由電子的能隙。因此，原則上，它可以吸收任何波長的光，將價電子轉變?yōu)樽杂呻娮?。在現(xiàn)有CMOS圖像傳感器的陣列中配置利用石墨烯特性的光學傳感器，可以實現(xiàn)在同一光軸上采集圖像的多光譜圖像傳感器。

在用于熱成像的遠紅外傳感器中，被稱為“量子類型”的元素具有很高的性能。但在響應速度和靈敏度方面，石墨烯的性能可能更高。量子類型通常使用特殊的材料，并需要冷卻到零下幾百度，以減少噪音的影響。相比之下，石墨烯基傳感器不需要冷卻。

先進技術研發(fā)中心預計，石墨烯基傳感器將以多種優(yōu)異的性能取代各種遠紅外傳感器。

根據(jù)先進技術研究開發(fā)中心的說法，只接收特定波長的光的濾波可以在結構上實現(xiàn)，而無需使用光學方法。具體來說，能帶是通過使石墨烯有一個規(guī)則的圖案而人為地產(chǎn)生的，這樣傳感器就只對所需的波長敏感。此外，還有一種形成共振結構的方法，使得傳感器只對具有對應于諧振頻率的特定波長的光高度敏感。

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