成功開發室溫下可探測 1.55–3μm 波長的紅外光感測器：有望應用於家庭、醫療、環境及食品產業等生活場景
名古屋大學、NEC 與產總研共同開發出一款小型 GeSn 紅外線感測器，可在室溫下探測 1.55μm 至 3μm 的波長。該技術無需冷卻系統且能降低成本，有望在氣體檢測、醫療保健等領域廣泛普及。
📋 文章處理履歷
- 📰 發表: 2026年5月20日 18:00
- 🔍 收集: 2026年5月20日 09:31
- 🤖 AI分析完成: 2026年5月27日 09:33（收集後168小時1分鐘）
### 研究重點
- 透過結合在中紅外波段同時具有高透明度與高導電性的電極，以及能高效吸收紅外線的半導體材料，成功試作出一款可在室溫下探測 3μm（微米）波段紅外光的小型感測器，這在以往是難以實現的。
- 在鍺（Ge）基板上，成功實現了含有 13.6% 錫（Sn）的高品質 p 型 GeSn 層晶體生長，該含量超過了 Sn 的平衡固溶極限，從而實現了 3μm 波段的感測靈敏度。
- 此款小型感測器（光電二極體）僅需單一元件即可探測從通訊波長（1.55μm 附近）到 3μm 附近的紅外光。除了氣體檢測外，預計還可廣泛應用於環境監測、醫療保健（呼氣分析）、食品與藥品的品質控管、工業流程監控、紅外線成像以及安防分光感測等多個領域。
### 研究概要
由名古屋大學工學研究科的中塚理教授與柴山茂久助教領導的研究團隊，與 NEC 的田中朋博士，以及產總研先進半導體研究中心的前田辰郎博士與 Rahmat Hadi Saputro 博士展開共同研究，成功開發出與矽（Si）積體電路製程技術相容的新型鍺錫（GeSn）/ 鍺（Ge）接合紅外線感測器。
該原型感測器結合了 iTCO（紅外透明導電氧化物）電極與 GeSn 材料。利用名古屋大學開發的低溫 MBE（分子束磊晶）法，成功在 Ge 基板上實現了 Sn 組成高達 13.6% 的高品質 p 型 GeSn 混晶層磊晶生長。經產總研評估，該 iTCO/p 型 GeSn/n 型 Ge 光電二極體證實能覆蓋 1.55μm 至 3μm 的波長範圍。
本項研究成果將於 2026 年 5 月 20 日（當地時間）在國際會議 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 上發表。
### 研究背景與內容
3μm 附近的「中紅外」光處於可識別分子特徵（分子指紋）的波段，可用於區分甲烷等溫室氣體、呼氣中的分子，以及食品和藥品的品質差異。例如，甲烷（CH4）在 3.3μm 處有強吸收峰，對洩漏監控和環境測量至關重要。
以往在此領域的高靈敏度感測器多需冷卻系統，體積大且價格昂貴，阻礙了普及。傳統 InGaAs 感測器的主流檢測範圍僅達 ~1.67μm，即使是先進的擴展型 InGaAs 上限也僅為 ~2.6μm。因此，市場亟需一種能填充 2.6–3.3μm「間隙」且可在室溫下運作的小型低成本技術。
本次開發的設備具有以下兩大特點：
1. 可在室溫下運作。
2. 可透過一般的半導體製程製造（適合量產）。
這些特點為中紅外感測技術在家庭、醫療、環境、食品等與生活息息相關的場景中普及奠定了基礎。
- 透過結合在中紅外波段同時具有高透明度與高導電性的電極，以及能高效吸收紅外線的半導體材料，成功試作出一款可在室溫下探測 3μm（微米）波段紅外光的小型感測器，這在以往是難以實現的。
- 在鍺（Ge）基板上，成功實現了含有 13.6% 錫（Sn）的高品質 p 型 GeSn 層晶體生長，該含量超過了 Sn 的平衡固溶極限，從而實現了 3μm 波段的感測靈敏度。
- 此款小型感測器（光電二極體）僅需單一元件即可探測從通訊波長（1.55μm 附近）到 3μm 附近的紅外光。除了氣體檢測外，預計還可廣泛應用於環境監測、醫療保健（呼氣分析）、食品與藥品的品質控管、工業流程監控、紅外線成像以及安防分光感測等多個領域。
### 研究概要
由名古屋大學工學研究科的中塚理教授與柴山茂久助教領導的研究團隊，與 NEC 的田中朋博士，以及產總研先進半導體研究中心的前田辰郎博士與 Rahmat Hadi Saputro 博士展開共同研究，成功開發出與矽（Si）積體電路製程技術相容的新型鍺錫（GeSn）/ 鍺（Ge）接合紅外線感測器。
該原型感測器結合了 iTCO（紅外透明導電氧化物）電極與 GeSn 材料。利用名古屋大學開發的低溫 MBE（分子束磊晶）法，成功在 Ge 基板上實現了 Sn 組成高達 13.6% 的高品質 p 型 GeSn 混晶層磊晶生長。經產總研評估，該 iTCO/p 型 GeSn/n 型 Ge 光電二極體證實能覆蓋 1.55μm 至 3μm 的波長範圍。
本項研究成果將於 2026 年 5 月 20 日（當地時間）在國際會議 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 上發表。
### 研究背景與內容
3μm 附近的「中紅外」光處於可識別分子特徵（分子指紋）的波段，可用於區分甲烷等溫室氣體、呼氣中的分子，以及食品和藥品的品質差異。例如，甲烷（CH4）在 3.3μm 處有強吸收峰，對洩漏監控和環境測量至關重要。
以往在此領域的高靈敏度感測器多需冷卻系統，體積大且價格昂貴，阻礙了普及。傳統 InGaAs 感測器的主流檢測範圍僅達 ~1.67μm，即使是先進的擴展型 InGaAs 上限也僅為 ~2.6μm。因此，市場亟需一種能填充 2.6–3.3μm「間隙」且可在室溫下運作的小型低成本技術。
本次開發的設備具有以下兩大特點：
1. 可在室溫下運作。
2. 可透過一般的半導體製程製造（適合量產）。
這些特點為中紅外感測技術在家庭、醫療、環境、食品等與生活息息相關的場景中普及奠定了基礎。
常見問題
今回開発された赤外光センサーの最大の特徴は何ですか？
室温で動作可能であり、かつ一つの素子で通信波長（1.55μm）から中赤外域（3μm付近）までの幅広い波長を検出できる点です。従来のセンサーで必要だった冷却装置が不要なため、小型・低コスト化が可能です。
この技術にはどのような材料が使用されていますか？
シリコン集積回路プロセスと相性の良いゲルマニウム錫（GeSn）とゲルマニウム（Ge）の接合材料、および赤外光を透過しつつ導電性を持つiTCO（infrared-transparent conductive oxide）電極が使用されています。
3μm帯の赤外光を検知できると、どのような利点がありますか？
3μm付近は「分子の指紋」と呼ばれる領域で、メタンなどの温室効果ガスや、呼気に含まれる分子、食品・医薬品の品質の違いを識別できるため、環境モニタリングやヘルスケアへの応用が期待できます。
これまでのセンサー技術との違いは何ですか？
主流のInGaAsセンサーは検出波長が〜2.6μmまでが上限でしたが、本技術は2.6〜3.3μmの「すき間」を室温で埋めることができます。また、一般的な半導体プロセスで製造可能なため、量産にも向いています。
この研究成果はいつ、どこで発表されますか？
2026年5月20日（現地時間）に開催される国際会議「Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)」において講演発表されます。