世界正朝著萬億傳感器經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，數(shù)十億使用多個(gè)傳感器的設(shè)備將在物聯(lián)網(wǎng)的保護(hù)傘下連接起來。這種經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要組成部分是光/光傳感器，它們是基于半導(dǎo)體的微小電子元件，可檢測(cè)光并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光傳感器隨處可見，從家用電子產(chǎn)品和醫(yī)療保健設(shè)備到光通信系統(tǒng)和汽車。
多年來，光傳感器的研究取得了顯著進(jìn)展?？茖W(xué)家們一直在努力開發(fā)能夠檢測(cè)高動(dòng)態(tài)范圍的光、易于制造和節(jié)能的傳感器。經(jīng)濟(jì)高效的消費(fèi)產(chǎn)品中使用的大多數(shù)光傳感器節(jié)能，但容易受到外部環(huán)境中的噪聲(不需要的光信息)的影響，從而對(duì)其性能產(chǎn)生不利影響。為了解決這個(gè)問題，產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用了光頻轉(zhuǎn)換電路 (LFC)，具有更好的信噪比。然而，大多數(shù) LFC 由硅基光電探測(cè)器制成，可以限制光探測(cè)的范圍。此外，LFC 的使用會(huì)導(dǎo)致芯片面積浪費(fèi)，這在為緊湊型設(shè)備設(shè)計(jì)多功能電子電路時(shí)成為一個(gè)問題。
現(xiàn)在，由 Sung Hun Jin 教授領(lǐng)導(dǎo)的韓國仁川國立大學(xué)的一組研究人員展示了一種高效的光電探測(cè)器系統(tǒng)，可以克服傳統(tǒng) LFC 的局限性。在他們的研究中，該研究于 2021 年 6 月 10 日在線提供，隨后發(fā)表在Small雜志第 26 期第 17 卷中，他們報(bào)告了開發(fā)具有 p 型單壁碳納米管 (SWNT) 和 n 型非晶銦的互補(bǔ)光敏逆變器-氧化鎵 (a-IGZO/SWNT) 薄膜晶體管。Jin教授解釋說：“我們的光電探測(cè)器在光頻轉(zhuǎn)換方面采用了不同的方法。與傳統(tǒng)的 LFC 不同，我們使用了依賴于光而不依賴于電壓的組件。”
新的設(shè)計(jì)架構(gòu)使團(tuán)隊(duì)能夠設(shè)計(jì)出具有卓越芯片面積效率和緊湊外形的 LFC，使其適用于柔性電子設(shè)備。使用光電傳感器系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明其具有出色的光學(xué)特性，包括在廣泛的光范圍內(nèi)具有高可調(diào)性和響應(yīng)性。LFC 還展示了大面積可擴(kuò)展性和輕松集成到最先進(jìn)的基于硅晶片的芯片中的可能性。
本研究開發(fā)的 LFC 系統(tǒng)可用于構(gòu)建具有高水平信號(hào)完整性以及出色信號(hào)處理和傳輸能力的光學(xué)傳感器系統(tǒng)。這些有前途的特性使其成為未來物聯(lián)網(wǎng)傳感器場(chǎng)景中應(yīng)用的有力競(jìng)爭(zhēng)者。“基于低維半導(dǎo)體的LFC將成為萬億傳感器領(lǐng)域的核心部件之一。我們的 LFC 方案將應(yīng)用于醫(yī)療 SpO2檢測(cè)、農(nóng)業(yè)中的自動(dòng)照明，或用于虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的高級(jí)顯示器。”金教授總結(jié)道。
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