纳米尺度STO薄膜实现红外视觉传感

近日，松山湖材料实验室研究员林生晃团队与西安理工大学教授杨媛、中国科学院上海技术物理研究所副研究员王芳、中山大学副教授沐浩然等合作，基于纳米尺度自支撑SrTiO3（STO）薄膜，构建了具备可编程响应的光热电（PTE）红外探测器。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review）。

中红外视觉器件能直接感知目标热辐射，在夜视、低能见度环境感知、环境监测及热目标识别等场景中具有重要应用价值。面向新型智能红外光电子系统，探测器前端不仅需采集光信号，还需具备响应可调性和图像预处理能力，以减轻后端数据传输与计算负担。传统热型红外探测器虽具备宽谱响应和室温工作优势，但受限于较大的热质量和有限的可编程性，难以兼顾快速响应、宽谱探测与可重构处理。

纳米尺度自支撑SrTiO3光热电探测器的结构设计与材料性质。研究团队供图，下同

该研究中，团队在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助下，通过纳米尺度薄膜与自支撑热结构设计，有效降低了器件的有效热质量，同时维持了横向温度梯度。在零源漏偏压条件下，器件实现了从可见光至约10 μm波段的宽谱PTE响应。进一步结合双栅局域Seebeck系数调控，获得了多状态可编程响应，并利用3×3器件阵列展示了红外图像预处理及注意力引导的热目标增强能力。

该研究选用厚度约230 nm的纳米尺度SrTiO3薄膜作为悬空热电通道。纳米级厚度显著降低了面热容与有效热质量，悬空结构则减少了衬底热泄漏，同时保留了金属/氧化物界面附近的横向温度梯度，为快速PTE响应提供了结构基础。