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中科大等团队合作开发微型光谱成像仪芯片 有望推动便携式检测技术发展
2025年09月30日 09:53:14
来源：化工仪器网 点击量：5843
中国科学家团队成功研制出一种微型紫外光谱成像芯片。该芯片采用新型级联光电二极管结构，在250-365纳米波段实现了0.62纳米分辨率、10纳秒快速响应的光谱探测与成像，并成功应用于有机物的区分识别。这一突破为开发低成本、便携式光谱检测设备奠定了基础。
近日，中国科学技术大学孙海定教授团队联合武汉大学刘胜教授团队、浙江大学杨宗银教授团队及剑桥大学Tawfique Hasan教授团队，在微型光谱成像仪芯片研究中取得重要进展。研究成果以《小型级联二极管阵列光谱成像仪》为题，于2025年9月26日发表于国际学术期刊《自然·光子学》。
光谱成像技术能够同时获取目标的光谱特征和空间几何信息，实现“谱图合一”，在物质成分分析、环境监测等领域具有重要应用价值。然而，现有技术通常依赖复杂的光学分光系统和机械扫描部件，导致设备体积庞大、成本较高，限制了其在便携、快速响应场景下的应用。尤其在深紫外/紫外波段，由于材料与制备工艺的挑战，片上微型光谱成像技术长期未能实现突破。
为解决这一难题，研究团队提出了一种基于氮化镓(GaN)材料的新型级联光电二极管架构。该结构由两个不对称的p-n二极管垂直级联构成，可在2英寸晶圆上进行阵列化制备。通过调节外加偏压，器件能够实现对不同波长紫外光的可控响应，并结合深度学习算法，高精度重构未知光源的光谱信息。
实验表明，该光谱成像芯片在250至365纳米的紫外波段内，可实现约0.62纳米的光谱分辨率及低于10纳秒的响应速度。研究团队利用所开发的10×10像素阵列，成功对橄榄油、花生油、动物油脂和牛奶等不同有机物质液滴进行了空间分辨与单次直接成像，验证了其在成分识别与成像方面的能力。
研究团队指出，该架构完全兼容现有半导体制造工艺，未来通过调整材料组分与掺杂特性，其工作波段有望从紫外扩展至可见光与红外区域。器件尺寸也可进一步微缩，为实现低成本、高分辨率的光谱成像系统提供了可能。
该成果为未来高通量实时生物分子检测、片上集成传感等应用提供了一种新的技术路径，有望推动光谱成像技术在便携设备和现场检测中的普及。
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