这款超声传感器，比头发还细！

韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）机器人与机电工程系韩相允、柳宰锡教授领衔的联合研究团队，依托成熟的半导体微纳加工工艺，成功开发出全球首款尺寸细于人发的微型光学超声传感器。在高端精密制造快速迭代的当下，传统检测技术的局限性日益凸显，这款全新传感器突破了传统超声检测的物理瓶颈，可在无接触、无介质辅助的条件下，精准捕捉空气中传播的兆赫兹级超声波信号，高效识别精密器件内部微观缺陷。该技术的落地应用，将为半导体芯片、动力电池、高端复合材料等核心工业领域的无损检测技术带来颠覆性升级，具备极高的产业落地价值与技术革新意义。

超声无损检测是工业质检领域的核心技术，能够在不拆解、不损伤设备与工件的前提下，精准排查内部裂纹、空洞、分层等隐蔽缺陷，广泛应用于高端制造、精密加工、工业维保等场景。传统接触式超声检测技术，需要在被测物体表面涂抹专用凝胶耦合介质，以此降低超声波传播损耗、保障检测精度。但随着半导体晶圆、新能源电池、精密电子元件等高端器件向微型化、高精度、高洁净度方向发展，接触式检测的凝胶介质极易造成器件表面污染、腐蚀或物理损伤，无法适配高端精密产品的质检需求。为解决这一痛点，行业长期探索空气传导式非接触超声检测方案，但该方案始终面临核心技术难题：超声波在空气中传播衰减速度极快，尤其是用于识别微观缺陷的高频兆赫兹级超声波，信号损耗问题更为突出，导致检测灵敏度低、精度差。长期以来，如何同时实现传感器微型化、高频工作与超高灵敏度，成为全球无损检测领域亟待突破的技术壁垒。

针对行业长期存在的技术痛点，DGIST研究团队跳出传统压电超声传感器的技术框架，采用光学检测路径实现技术突破，通过光学手段精准捕捉超声波引发的微小机械振动。团队创新性引入半导体产业成熟的硅光子技术，摒弃了传统传感器分立器件组装的模式，将传输光信号的光学电路、可响应超声波振动的超薄微机械悬臂梁结构，高度集成至单块半导体芯片之上。一体化的芯片设计大幅简化了传感器结构，彻底摆脱了传统光学超声传感器依赖的大体积透镜组件与复杂装配工序，依托标准化半导体制造流程即可完成量产，实现了结构集成化、工艺标准化与尺寸微型化的多重突破。

该传感器的核心工作原理依托光机耦合效应实现：当空气中的超声波信号作用于传感器芯片时，芯片表面的超薄微机械结构会产生规律性的微小振动，进而改变光路的传播状态，使透射光线的波长、光强产生细微且可捕捉的变化。传感器通过高精度光学探测单元实时捕捉光线参数变化，经过信号转换与算法处理，精准还原超声波信号，最终实现对被测物体内部缺陷的定位与识别。此次研发的光机械超声接收器，是全球首次通过单一半导体制造工艺实现的单芯片集成方案，为微型化、高精度非接触超声检测提供了全新技术路线。

在核心性能层面，这款发丝级传感器展现出压倒性优势。其有效传感面积仅0.0004平方毫米（30微米×13.5微米），尺寸远小于人类头发丝，微型化优势极为突出。权威测试数据显示，该传感器单位有效传感面积的接收响应度，较当前商用主流超声传感器提升25000倍以上。超高灵敏度的核心特性，有效抵消了超声波在空气中的信号衰减损耗，彻底攻克了长期制约非接触超声检测发展的物理瓶颈，让高频、高精度、远距离的空气超声检测成为现实。

除性能优势外，该技术具备极强的产业化落地能力，适配规模化商用需求。该传感器可直接依托现有8英寸硅晶圆半导体代工厂的成熟产线生产，无需改造设备、调整工艺体系，大幅降低了量产成本与落地门槛。同时，研发团队可通过简单调整芯片设计版图，在同一片晶圆上同步制备多款不同工作频率的传感器，能够适配不同检测场景、不同精度需求的工业检测场景。该技术也打破了硅光子技术长期局限于光通信领域的应用格局，成功将其拓展至工业精密检测、仪器传感领域，拓宽了硅光子产业生态的应用边界。

DGIST韩相允教授表示，此次研究验证了单一半导体芯片可独立实现高精度超声传感功能，无需复杂的多组件装配流程，大幅简化了超声传感器的制备工艺。未来团队将持续迭代技术，研发单芯片集成数十个接收单元的高密度阵列式光学超声检测系统，进一步提升检测效率与覆盖范围。柳宰锡教授补充道，该技术目前主要聚焦半导体晶圆、二次电池、高端复合材料的无接触精密质检，后续将持续拓展应用场景，逐步落地于医学影像、生物检测等民生科技领域，实现技术价值的最大化。

本次研究获得三星科学技术财团、韩国国家研究基金会的专项经费支持，科研保障充足。DGIST韩相允教授、柳宰锡教授与韩国科学技术院金正元教授为论文通讯作者，DGIST硕博连读生南相宇、金宰贤博士为共同第一作者，同时研究团队与全南大学李彰浩教授团队完成深度产学研合作。相关研究成果已于今年9月正式发表于光学领域顶级国际期刊《Photonics Research》，获得全球行业学界的认可。