一、问题背景：核心器件制约传感系统整体性能 非色散红外气体传感器（NDIR）是当前气体检测领域应用最为广泛的技术路线之一，其工作原理依赖特定波长红外光与目标气体分子的吸收特性，工业安全、环境监测、医疗健康及智慧农业等场景中具有不可替代的地位。作为NDIR系统的核心发光部件，MEMS红外光源的性能直接决定整套传感系统的检测精度与能耗水平。 然而，现有MEMS红外光源普遍面临两大技术瓶颈：一是辐射区温度分布不均匀，导致发射光谱稳定性下降，影响气体浓度测量的准确性；二是功耗密度偏高，制约了器件在便携式、低功耗应用场景中的推广部署。上述问题长期以来未能得到系统性解决，成为制约NDIR传感技术向更广泛领域延伸的重要障碍。 二、技术路径：纳米材料与结构优化协同突破 针对上述瓶颈，中国科学院微电子研究所健康电子中心毛海央研究员团队提出了一种单片集成红外光源新结构，命名为ANF-IRS，其核心创新体现在材料选择与器件结构两个维度的协同优化。 在材料层面，研究团队引入经铝纳米颗粒修饰的纳米森林结构作为高发射率辐射层。纳米森林因其独特的微纳形貌，具有极大的比表面积和优异的光子捕获能力，经铝纳米颗粒修饰后，器件在目标红外波长范围内的发射率得到大幅提升，从而增强了有效辐射强度，提高了光源的整体辐射效率。 在结构层面，研究团队对微加热器的几何形状进行了系统性迭代优化设计。通过精细调控加热单元的布局与形态，有效改善了辐射区内的热场分布，使温度均匀性大幅提升。这个设计不仅从根本上解决了传统光源热分布不均的问题，还在降低功耗密度上取得了显著成效，实现了高温度均匀性与低功耗运行的兼顾。 值得关注的是，上述研究成果全部基于8英寸晶圆级工艺平台实现，这意味着该器件具备与现有半导体制造体系高度兼容的工艺基础，为后续规模化生产和产业化推广奠定了重要条件。 三、应用验证：温室气体监测实现实时感知 研究团队更将所研制的红外光源集成至NDIR检测系统，并在温室农业环境中开展了实际应用验证。实验结果表明，该集成系统能够对植物光合作用与呼吸作用所引发的气体浓度动态变化实现实时、连续监测，表现出良好的响应灵敏度与工作稳定性。 这一应用场景的成功验证，不仅证明了新型红外光源在实际工况下的可靠性，也为智慧农业领域提供了一种兼具低功耗特性与高检测精度的新型硬件解决方案。在当前农业数字化转型加速推进的背景下，低成本、低能耗的精准气体传感技术具有广阔的市场需求与应用前景。 四、学术影响：成果发表于国际权威期刊 上述研究成果以论文形式发表于国际知名期刊Energy & Environmental Materials，论文题目为"An Ultra-Low-Power and High-Temperature-Homogeneity Wafer-Scale Infrared Source"。中国科学院微电子研究所博士研究生张起睿为第一作者，毛海央研究员、先导中心周娜高级工程师及复旦大学李文武教授共同担任通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及中国科学院青年促进会项目的联合资助，说明了多方科研力量的协同支撑。
这项研究在高性能红外光源领域取得了实质性突破，也展示了跨学科创新的潜力。随着"双碳"目标的推进，兼具精密感知与节能特性的硬件技术需求持续增长；研究团队下一步计划将该技术拓展至甲烷检测、工业废气分析等场景，为绿色低碳的物联网生态建设提供技术支撑。