NEC於4月10日宣佈，利用其獨自的提取技術全球首次成功開發出了一款將高純度半導體型奈米碳管（CNT）應用於紅外線偵檢器部件上的高靈敏度非冷卻型紅外線圖像感測器。NEC計劃在2025年實施這款圖像感測器的實用化。
圖1. 使用高靈敏度紅外線圖像感測器拍攝的影像（供圖：NEC）
紅外線圖像感測器是一種將紅外線轉換爲電訊號以獲取所需資訊的技術。它可以在黑暗中檢測到人或物體釋放的紅外線，廣泛應用於輔助汽車夜間行駛的夜視儀、飛機導航支援系統、防盜攝影頭等多個領域，助力實施安全可靠的社會基礎設施。
其紅外圖像感測器分爲在極低溫下冷卻運行的「冷卻型」和在常溫運行的「非冷卻型」。「冷卻型」雖然靈敏度高、響應性好，但由於需要冷凍設備，因此存在尺寸大、價格高、耗空大、並需要定期維護冷凍設備的問題。
相比之下，「非冷卻型」由於不需要冷凍設備，因此體積小、價格便宜、耗電低。但與「冷卻型」相比，存在靈敏度和解析度較低的問題。
針對這些問題，NEC本次聚焦於單層CNT中對溫度敏感的半導體型CNT，首次成功開發出了將半導體型CNT膜運用在紅外線檢測部件上的高靈敏度非冷卻型紅外線圖像感測器。
CNT是1991年由NEC的特別首席研究員飯島澄男發現的一種碳材料。它是類似於石墨的六角形的碳原子網路構成的圓筒狀結構，一層圓筒狀結構稱爲單層CNT，與六角形排列方式不同，會呈現半導體性質或金屬性質。在生成時，半導體型和金屬鑄模的比例爲2:1。
自發現CNT後，NEC一直致力於推動奈米技術的研究和開發。2018年，該公司開發了一種合成後立即從具有金屬鑄模和半導體型混合的單層CNT中提取高純度半導體型CNT的獨自技術。並發現在接近常溫的情況下，用該技術提取的半導體型CNT薄膜的電阻溫度係數（TCR：在一定溫度範圍内，每升高1K的電阻值變化率）顯著增大。
此次新開發的紅外線圖像感測器就是基於這些研究成果和經驗實施的。NEC獨特技術製造的半導體型CNT，實施了高敏感度的紅外線圖像感測器所需的高TCR的指標。
圖2. 單層CNT的電子顯微鏡照片和示意圖（左）、高純度半導體CNT膜的原子力顯微鏡像（右）（供圖：NEC）
因此，與目前通常使用氧化釩和多接面太陽能電池製成的非冷卻型紅外線圖像感測器相比，該感測器的靈敏度提高了3倍以上。
此外，透過將傳統非冷卻型紅外線圖像感測器採用的熱隔離結構、實施該結構的MEMS器件技術以及印刷電晶體等，與其長期研究的CNT印刷製造技術相結合，實施了新型設備結構，併成功應用於解析度爲640x480畫素的高精度非冷卻型紅外線圖像感測器。
今後，NEC將進一步提高開發的紅外線圖像感測器的先進性，爲實施可應用於社會各個領域的產品和服務而推進研發。
另外，此次的部分成果是透過與產綜研（日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所）的共同研究取得的。此外，部分成果還得到了日本防衛裝備廳實施的安全保障技術研究推進項目JPJ004596的支援。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
