近日，中国科学院上海技术物理研究所红外科学与技术全国重点实验室胡伟达、苗金水团队提出了一种基于Ⅲ-Ⅴ族铟砷基的室温光电探测器，开发了紧凑、低功耗的非色散红外（NDIR）探测系统，实现了高灵敏、快速的气体探测。该研究为基于光伏器件高灵敏NDIR系统的设计和高度集成化的传感硬件提供了全新范式。

中波红外是气体等目标红外光谱学检测的理想波段。然而，中波光电探测器通常由窄带隙半导体构成，往往面临严重的噪声问题，需要低温操作。这一问题显著增加了目标传感系统的体积和功耗。研究团队借助液相外延生长技术设计了一种基于Ⅲ-Ⅴ族铟砷基材料的室温中波红外光伏型器件，通过在能带中引入势垒阻挡层等方式抑制器件噪声，有效提升器件室温性能。

研究团队讨论了材料组分、器件结构与掺杂浓度等参数优化方法，改良了材料生长与器件制备工艺。最终，该探测器的峰值比探测率达到了2.1×10¹⁰ cm·Hz^1/2·W^-1，响应速度小于40 ns。围绕该探测器，研究团队开发了专门的红外气体传感器及NDIR系统。对可燃烃气体实现了ppm量级的快速检测（甲烷低于1 ppm，乙炔低于700 ppb）。此外，探测器的优异性能赋予了系统架构较好的通用性，能够满足各种生产活动和日常生活需求。

研究成果以“Ultrasensitive and Fast Gas Detection Based on Room-temperature Indium Arsenide Mid-Wavelength Infrared Photodetectors”（基于铟砷室温中波红外探测器的超灵敏快速气体探测）为题，发表在Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）期刊上。胡伟达研究员、苗金水研究员和胡淑红研究员为论文的共同通讯作者，董祎和段世坤为论文的共同第一作者。

该项研究工作得到科技部、国家自然科学基金委、中国科学院的支持。

a-铟砷基光电探测器结构原理图；b-比探测率谱和噪声等效功率谱；c-光电响应时间曲线；d-NDIR气体传感器原理图；e-铟砷基 NDIR气体传感系统与其他气体系统和传感器在探测限和响应速度上的比较

论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202422398

供稿：董祎

供图：苗金水

编辑：金峥杰