NASA加速單光子CMOS感測技術 助尋地外生命

記者林育如／編譯

美國太空總署（NASA）資助的研究團隊正推進單光子感測互補式金屬氧化物半導體（SPSCMOS）技術，為未來尋找外星生命的天文任務打造高靈敏度感測器。

這項技術將應用於NASA未來的「宜居世界天文台」（HWO）任務，目標在類地行星大氣層中偵測微弱的生命跡象，如氧氣、二氧化碳和甲烷等分子的光譜訊號。這些訊號十分微弱，感測器必須具備極低的讀出雜訊與暗電流，才能準確捕捉。

來自羅徹斯特理工學院（RIT）探測器中心的團隊，正透過NASA資助的計畫，進行SPSCMOS感測器的技術成熟化工作。團隊主要任務包括：評估感測器在高能輻射環境前後的性能變化；研發創新讀出模式，以減緩輻射對感測器的影響；並設計近紅外（NIR）單光子感測器，擴展應用波段。

這種基於矽材料的感測器，能在室溫至低溫（約250K）條件下運作，冷卻時暗電流低至每半小時1個電子，讀出雜訊幾乎為零。這使得感測器在捕捉外星大氣中微弱訊號時，能維持高度靈敏與穩定。

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研究團隊利用真空低溫艙模擬太空環境，測試感測器的量子效率、暗電流和讀出雜訊變化。同時開發的新讀出模式，可偵測並剔除宇宙射線造成的訊號干擾，確保數據完整。團隊還設計了一種新型近紅外感測器，透過TCAD模擬結合汞鎘碲材料，提升感測器的波段覆蓋與光電轉換能力。

此外，2025年1月團隊在紐約Mees天文台，使用SPSCMOS相機觀測M36星團與泡泡星雲，實測結果顯示感測器性能與實驗室測試一致。即便觀測到Starlink衛星通過，產生的殘留訊號極低，顯示其穩定性和準確度優異。

這項技術的成熟將大幅提升NASA未來天文任務的觀測能力，推動人類尋找宇宙中生命的腳步。

資料來源：NASA