日本电气（NEC Corporation）近日宣布，其成功开发出了世界上首款采用高纯度半导体碳纳米管（CNT）的高灵敏度非制冷红外图像传感器。该传感器采用了NEC专有的半导体CNT提取技术，NEC计划将于2025年实现这款非制冷红外图像传感器的实际应用。
红外图像传感器将红外线转换为电信号以获取必要的信息，因此，即使在黑暗中也能够检测到人或物体发出的红外线。目前，红外图像传感器已经广泛应用于各个领域，以提供安全可靠的社会基础设施，例如支持汽车在黑暗中行驶的夜视系统、飞机导航支持系统以及安防摄像头等。
红外图像传感器可以分为两大类，一种是在极低温度下工作的“制冷型”，另一种是接近室温工作的“非制冷型”。制冷型红外图像传感器具有高灵敏度和响应性，但需要大尺寸、高成本、高耗能及定期维护的冷却器。相比之下，非制冷型红外图像传感器不需要冷却器，这使其紧凑、经济、功耗低，但与制冷型相比，存在灵敏度和分辨率较差的问题。
（左）单壁CNT的电子显微照片和图像，（右）高纯度半导体CNT薄膜的原子显微镜图像
NEC在1991年全球首次发现了CNT，现已成为纳米技术领域研发的领导者。2018年，NEC开发了一项专有技术，能够从混合金属和半导体类单壁CNT中提取高纯度的半导体CNT。NEC随后发现，用该技术提取的半导体CNT薄膜在接近室温时具有较大的电阻温度系数（TCR）。
新开发的红外图像传感器就是基于这些成果和技术的结晶。NEC基于其专有技术应用了半导体CNT，具有高TCR（高灵敏度的重要指标）的特点。因而，相比采用氧化钒或非晶硅的主流非制冷红外图像传感器，这款新型传感器的灵敏度达到了前者的三倍以上。
这款新器件结构的实现，结合了非制冷红外图像传感器中使用的热分离结构，以及用于实现该结构的MEMS技术，再结合NEC多年来为印刷晶体管积累的CNT印刷和制造技术。基于此，NEC通过结构组件排列，成功验证了这款640 x 480像素的高清非制冷红外图像传感器。
（左）器件结构，（右）CNT红外阵列器件照片
这项成果的一部分通过与日本国立高级工业科学技术研究所（AIST）合作完成。此外，这项成果还得到了JPJ004596的支持，这是一项由日本防卫省采购、技术与后勤局（ATLA）开展的安全技术研究促进计划。
展望未来，NEC将继续研发红外图像传感器技术，实现可为社会各领域做出贡献的产品和服务。
