Opfanger lys:Ny ergonomisk fotodetektor til trillionsensor-æraen

Verden er på vej mod en trillion-sensor-økonomi, hvor milliarder af enheder, der bruger flere sensorer, vil blive forbundet under paraplyen af ​​Internet-of-things. En vigtig del af denne økonomi består af lys-/fotosensorer, som er bittesmå halvlederbaserede elektroniske komponenter, der registrerer lys og konverterer dem til elektriske signaler. Lyssensorer kan findes overalt omkring os, fra husholdnings elektroniske gadgets og sundhedsudstyr til optiske kommunikationssystemer og biler.

I årenes løb, der er sket markante fremskridt i forskningen i fotosensorer. Forskere har bestræbt sig på at udvikle sensorer, der kan registrere et højt dynamisk område af lys og er nemme at fremstille og energieffektive. De fleste lyssensorer, der bruges i omkostningseffektive forbrugerprodukter, er energieffektive, men er modtagelige for støj - uønsket lysinformation - i det ydre miljø, hvilket påvirker deres præstationer negativt. For at løse dette problem, produkter er designet ved hjælp af lys-til-frekvens konverteringskredsløb (LFC'er), som viser bedre signal til støj-forhold. Imidlertid, de fleste LFC'er er lavet af siliciumbaserede fotodetektorer, der kan begrænse rækkevidden af ​​lysdetektion. Også, brug af LFC'er fører til spild af spåner, hvilket bliver et problem, når man designer multifunktionelle elektroniske kredsløb til kompakte enheder.

Nu er et team af forskere fra Incheon National University, Sydkorea, ledet af prof. Sung Hun Jin, har demonstreret et meget effektivt system af fotodetektorer, der kan overvinde begrænsningerne ved konventionelle LFC'er. I deres undersøgelse, som blev gjort tilgængelig online den 10. juni 2021 og efterfølgende udgivet i bind 17, nummer 26 af tidsskriftet Lille , de rapporterer at udvikle gratis lysfølsomme invertere med p-type enkeltvæggede kulstofnanorør (SWNT) og n-type amorft indium-gallium-zink-oxid (a-IGZO/SWNT) tyndfilmstransistorer.

Prof. Jin forklarer, "Vores fotodetektor anvender en anden tilgang med hensyn til lys-til-frekvens konvertering. Vi har brugt komponenter, der er lysafhængige og ikke spændingsafhængige, i modsætning til konventionelle LFC'er."

Den nye designarkitektur gjorde det muligt for teamet at designe LFC med overlegen chipområdeeffektivitet og kompakt formfaktor, gør den velegnet til brug i fleksible elektroniske enheder. Eksperimenter udført ved hjælp af fotosensorsystemet viste fremragende optiske egenskaber, inklusive høj afstembarhed og reaktionsevne over et bredt lysområde. LFC'en viste også muligheden for skalerbarhed i stort område og nem integration i avancerede siliciumwafer-baserede chips.

LFC-systemet udviklet i denne undersøgelse kan bruges til at bygge optiske sensorsystemer, der har signalintegritet på højt niveau, samt fremragende signalbehandlings- og transmissionsevner. Disse lovende egenskaber gør den til en stærk kandidat til anvendelse i fremtidige Internet-of-Things-sensorscenarier. "LFC'er baseret på lavdimensionelle halvledere vil blive en af ​​kernekomponenterne i området for trillioner sensorer. Vores LFC-skema vil finde anvendelse i medicinsk SpO ₂ opdagelse, automatisk belysning i landbruget, eller i avancerede skærme til virtual og augmented reality" afslutter prof. Jin.