NEC于4月10日宣布，利用其独自的提取技术全球首次成功开发出了一款将高纯度半导体型碳纳米管（CNT）应用于红外线探测器部件上的高灵敏度非冷却型红外线图像传感器。NEC计划在2025年实现这款图像传感器的实用化。
图1. 使用高灵敏度红外线图像传感器拍摄的图像（供图：NEC）
红外线图像传感器是一种将红外线转换为电信号以获取所需信息的技术。它可以在黑暗中检测到人或物体释放的红外线，广泛应用于辅助汽车夜间行驶的夜视仪、飞机导航支持系统、防盗摄像头等多个领域，助力实现安全可靠的社会基础设施。
其红外图像传感器分为在极低温下冷却运行的“冷却型”和在常温运行的“非冷却型”。“冷却型”虽然灵敏度高、响应性好，但由于需要制冷设备，因此存在尺寸大、价格高、耗电大、并需要定期维护制冷设备的问题。
相比之下，“非冷却型”由于不需要制冷设备，因此体积小、价格便宜、耗电低。但与“冷却型”相比，存在灵敏度和分辨率较低的问题。
针对这些问题，NEC本次聚焦于单层CNT中对温度敏感的半导体型CNT，首次成功开发出了将半导体型CNT膜运用在红外线检测部件上的高灵敏度非冷却型红外线图像传感器。
CNT是1991年由NEC的特别首席研究员饭岛澄男发现的一种碳材料。它是类似于石墨的六角形的碳原子网络构成的圆筒状结构，一层圆筒状结构称为单层CNT，与六角形排列方式不同，会呈现半导体性质或金属性质。在生成时，半导体型和金属型的比例为2:1。
自发现CNT后，NEC一直致力于推动纳米技术的研究和开发。2018年，该公司开发了一种合成后立即从具有金属型和半导体型混合的单层CNT中提取高纯度半导体型CNT的独自技术。并发现在接近常温的情况下，用该技术提取的半导体型CNT薄膜的电阻温度系数（TCR：在一定温度范围内，每升高1K的电阻值变化率）显著增大。
此次新开发的红外线图像传感器就是基于这些研究成果和经验实现的。NEC独特技术制造的半导体型CNT，实现了高敏感度的红外线图像传感器所需的高TCR的指标。
图2. 单层CNT的电子显微镜照片和示意图（左）、高纯度半导体CNT膜的原子力显微镜像（右）（供图：NEC）
因此，与目前通常使用氧化钒和非晶硅制成的非冷却型红外线图像传感器相比，该传感器的灵敏度提高了3倍以上。
此外，通过将传统非冷却型红外线图像传感器采用的热隔离结构、实现该结构的MEMS器件技术以及印刷晶体管等，与其长期研究的CNT印刷制造技术相结合，实现了新型设备结构，并成功应用于分辨率为640x480像素的高精度非冷却型红外线图像传感器。
今后，NEC将进一步提高开发的红外线图像传感器的先进性，为实现可应用于社会各个领域的产品和服务而推进研发。
另外，此次的部分成果是通过与产综研（日本国立研究开发法人产业技术综合研究所）的共同研究取得的。此外，部分成果还得到了日本防卫装备厅实施的安全保障技术研究推进项目JPJ004596的支持。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
