机器人紫外传感芯片的响应度,根据材料体系和波长范围,可以达到0.1 A/W到0.5 A/W甚至更高。响应度定义为输出光电流与入射光功率之比,单位安培/瓦特(A/W)。对于紫外波段(200~400nm),常用的芯片材料有碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)以及金刚石等宽带隙半导体。其中,SiC紫外探测器的响应度在280nm处可达0.13~0.18 A/W,而GaN基探测器的响应度在360nm附近可达0.2~0.3 A/W。最新研究的AlGaN雪崩光电二极管(APD)在紫外线性模式下响应度可超过10 A/W(因为雪崩增益),但通常标称的响应度是非雪崩值。
具体产品实例:德国Silicon Sensor公司的SiC紫外芯片(如SD-012-13-241),在260nm波长的响应度为0.14 A/W,暗电流极低。美国Hamamatsu的GaN紫外传感器(如S1337-1010BQ),响应波长范围190~400nm,峰值响应度在360nm处为0.18 A/W。国内中科赛飞公司的SiC紫外光电二极管,在280nm的典型响应度为0.15 A/W。而台湾EPILED的EUV-UV系列,使用GaN-on-Si技术,峰值响应度0.23 A/W。需要特别说明的是,响应度与波长强相关,在紫外边缘(<250nm)响应度会下降一个数量级,因为光子能量太高,表面复合严重。
机器人紫外传感芯片主要用于电弧检测、火焰探测(紫外波段)以及紫外消毒机器人中的强度监测。对于紫外消毒机器人,需要检测UVC波段(254nm)的辐照度,此时芯片响应度通常较低,一般在0.05~0.1 A/W。为了提高响应度,可以外加前置放大电路。另外,还有一种紫外-可见盲探测器,其对可见光的响应度极低(<10^-9 A/W),而对紫外的响应度仍保持0.1 A/W以上,这种特性对避免环境光干扰非常重要。目前市场上响应度最高的商用紫外芯片是AlGaN雪崩光电二极管,在增益可控的线性模式下,可达2~5 A/W,但暗电流也同步增大。
对于大多数移动机器人应用,0.1~0.2 A/W的响应度已经足够,配合跨阻放大电路可以检测到nW级别的紫外光。例如,电弧机器人通过检测250nm附近的紫外脉冲,响应度0.15 A/W时可在10米外可靠探测到高压电晕。未来随着钙钛矿紫外探测器的研究进展,有望实现响应度超过1 A/W且成本低廉的柔性紫外传感芯片,届时机器人紫外感知能力将大幅提升。













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