Forskning lægger grunden til ultratynde, energieffektiv fotodetektor på glas

Selvom vi måske ikke altid er klar over det, fotodetektorer bidrager i høj grad til det moderne liv. Også kendt som fotosensorer, fotodetektorer konverterer lysenergi til elektriske signaler for at udføre opgaver såsom at åbne automatiske skydedøre og automatisk justere en mobiltelefons skærmlysstyrke under forskellige lysforhold.

Et nyt papir, udgivet af et hold af Penn State-forskere i ACS Nano , søger at fremme brugen af ​​fotodetektorer yderligere ved at integrere teknologien med holdbart Gorilla-glas, materialet, der bruges til smartphone-skærme, der er fremstillet af Corning Incorporated.

Integrationen af ​​fotodetektorer med Gorilla glas kan føre til den kommercielle udvikling af "smart glas, " eller glas udstyret med automatiske sensoregenskaber. Smart glas har en række anvendelser lige fra billedbehandling til avanceret robotteknologi, ifølge forskerne.

"Der er to problemer at løse, når man forsøger at fremstille og skalere fotodetektorer på glas, " sagde hovedefterforsker Saptarshi Das, adjunkt i ingeniørvidenskab og mekanik (ESM). "Det skal gøres ved hjælp af relativt lave temperaturer, da glasset nedbrydes ved høje temperaturer, og skal sikre, at fotodetektoren kan fungere på glas med minimal energi."

For at overvinde den første udfordring, Das, sammen med ESM doktorand Joseph R. Nasr, fastslået, at den kemiske forbindelse molybdændisulfid var det bedste materiale at bruge som belægning på glasset.

Derefter, Joshua Robinson, professor i materialevidenskab og teknik (MatSE) og MatSE-doktorand Nicholas Simonson brugte en kemisk reaktor ved 600 grader Celsius - en lav nok temperatur til ikke at nedbryde Gorilla-glasset - til at smelte sammensætningen og glasset sammen. Det næste trin var at omdanne glasset og belægningen til en fotodetektor ved at mønstre det ved hjælp af et konventionelt elektronstrålelitografiværktøj.

"Vi testede derefter glasset med grøn LED-belysning, som efterligner en mere naturlig lyskilde i modsætning til laserbelysning, som er almindeligt anvendt i lignende optoelektronikforskning, " sagde Nasr.

Den ultratynde krop af molybdændisulfid-fotodetektorerne giver mulighed for bedre elektrostatisk kontrol, og sikrer, at den kan fungere med lav effekt - et kritisk behov for fremtidens smarte glasteknologi.

"Fotodetektorerne skal arbejde på ressourcebegrænsede eller utilgængelige steder, der af natur ikke har adgang til kilder til ubegrænset elektricitet, " sagde Das. "Derfor, de skal stole på at forudlagre deres egen energi i form af vind- eller solenergi."

Hvis den udvikles kommercielt, intelligent glas kan føre til teknologiske fremskridt i vidtfavnende industrisektorer, herunder inden for fremstilling, civil infrastruktur, energi, sundhedspleje, transport og rumfartsteknik, ifølge forskerne. Teknologien kunne anvendes i biomedicinsk billeddannelse, sikkerhedsovervågning, miljøsansning, optisk kommunikation, nattesyn, bevægelsesdetektering og kollisionsundgåelsessystemer til autonome køretøjer og robotter.

"Smart glas på bilens forruder kunne tilpasse sig modkørende fjernlys, når man kører om natten ved automatisk at ændre dets opacitet ved hjælp af teknologien, " sagde Robinson. "Og nye Boeing 757-fly kunne bruge glasset på deres vinduer til piloter og passagerer til automatisk at dæmpe sollys."