長波紅外探測技術在軍事、醫療及工業安防領域具有核心應用價值，其探測波段與室溫物體的熱輻射峰值高度契合，是實現非制冷熱成像的關鍵。目前氧化釩和非晶硅憑借優異的電阻溫度系數和可調的電阻率，已成為非制冷紅外焦平面陣列的主流熱敏材料。但科研界仍在尋找更高性能的替代者，二硒化鈀（PdSe2）作為一種新興的二維半導體，因其具備層數可調的帶隙、優異的化學穩定性以及與低功耗CMOS后端工藝的良好兼容性，被視為開發下一代高性能、低成本紅外探測器的理想平臺。

盡管二硒化鈀展現出巨大潛力，但其實際應用仍面臨嚴峻的性能權衡挑戰。超薄的PdSe2薄膜雖然具備高電阻溫度系數，卻極易受環境氣體吸附影響，而增加厚度雖能提升穩定性，卻會導致電阻溫度系數迅速衰減，限制了器件的感熱靈敏度。此外雖然引入金納米顆粒等結構能通過光熱效應增強紅外吸收，但傳統的物理加工成本高昂且化學方法易引入表面污染。因此如何在保持材料完整性的前提下，突破厚度與靈敏度之間的矛盾并實現規模化制備，已成為該領域待解決的技術瓶頸，這也是通過原位修飾策略優化二維材料光熱電性能的研究核心動因。

針對上述問題，由電子科技大學等組成的團隊利用澤攸科技的DMD無掩膜光刻機進行了系統研究，團隊通過開發一種原位金納米顆粒修飾策略并結合磁控共濺射與低溫硒化工藝，成功克服了超薄二硒化鈀薄膜在紅外探測性能上的固有權衡難題。

本研究針對二維二硒化鈀薄膜在紅外探測領域面臨的性能權衡難題，提出了一種可規模化制備的高性能方案。研究人員通過磁控共濺射技術在二氧化硅基底上沉積出金鈀合金前驅體薄膜，隨后利用三百攝氏度的低溫熱硒化工藝，誘導產生反應增強的相變，從而在多層二硒化鈀薄膜中原位生長出分布均勻的金納米顆粒。這種原位修飾策略不僅有效控制了金顆粒的摻雜濃度，還避免了傳統物理圖形化工藝的高昂成本以及化學溶液法可能帶來的表面污染，為獲得厚度小于十五納米且具備高化學穩定性的超薄熱敏薄膜奠定了物質基礎。

圖1 金修飾PdSe2薄膜的生長裝置與表征

在構建高性能紅外探測器件的過程中，圖形化的精度直接決定了探測像素的一致性與響應質量。研究團隊在制備用于紅外吸收測量的氮化硅懸浮薄膜以及后續的復雜陣列加工中，精準使用了澤攸科技的DMD無掩膜光刻機進行電路定義與窗口開鑿。該設備通過高度靈活的數字化曝光方式，在硅片上依次完成了金納米顆粒修飾薄膜的溝道定義、行電極排布以及多層絕緣介質的對準加工，確保了器件在微米尺度上的結構完整性。得益于DMD無掩膜光刻機提供的圖形化支持，整個工藝流程能夠嚴格限制在三百攝氏度以下，這證明了該技術路線與標準互補金屬氧化物半導體工藝的后端流程具有兼容性。

圖3 金納米顆粒修飾的PdSe2薄膜的測熱效應表征

通過對不同金摻雜濃度薄膜的電學表征，研究發現其電阻溫度系數呈現出非單調的變化規律，并在金濃度為百分之十一時達到了負二點二八每開爾文的優值。這一現象可以通過晶界工程與庫侖屏蔽效應的競爭模型來解釋：適量的金納米顆粒在硒化過程中充當了成核抑制劑，顯著減小了二硒化鈀的晶粒尺寸，通過增加晶界密度提升了載流子散射，從而拉高了有效肖特基勢壘。然而當金納米顆粒濃度過高并相互接近時，金的導電特性會產生明顯的靜電屏蔽效應，導致晶界處的勢壘高度下降，使得電阻溫度系數隨之回落。

圖4 金納米顆粒修飾的PdSe2薄膜中電阻溫度系數變化趨勢的模型分析，不同金濃度的PdSe2透射電子顯微鏡圖像

基于優化后的材料體系，研究團隊成功研制出具備高熱分辨率的紅外探測器，其溫度分辨率高達十一點八毫開爾文，展現出感熱靈敏度。在九點三微米波長的紅外光照射下，摻雜百分之三十四金濃度的器件實現了每瓦二點九安培的高響應率，探測率達到五點一乘以十的八次方瓊斯，顯著優于未修飾的原始薄膜。最終通過集成的八乘八像素焦平面陣列，研究人員在室溫非制冷條件下成功捕獲了高保真度的熱成像圖形，這不僅驗證了金納米顆粒修飾二硒化鈀薄膜在長波紅外探測領域的巨大潛力，也為開發新一代低成本、集成化的熱成像系統提供了技術支持。

圖5 金納米顆粒修飾PdSe2薄膜的紅外響應及8 × 8紅外成像演示

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澤攸科技ZML系列DMD無掩膜光刻機

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