Интегрированный многоцветный ультрафиолетовый или инфракрасный фотодетектор, изготовленный на основе кожи, может обеспечить сбор значимой информации от человеческого тела и окружающей среды, позволяя использовать такие технологии, как
- нейроморфные датчики изображения,
- мягкие роботы,
- мониторинг биологического здоровья.
Кроме того, при работе со сложными объектами мониторинга и условиями окружающей среды двухмерное цветное фото на одной платформе может иметь значительные преимущества по сравнению с однополосным или узкополосным фотодетектором в целях получения более надежной и обширной информации. Однако обычные и недавно появившиеся системы в основном состоят из простой комбинации отдельных фотодетекторов, которые могут обнаруживать только определенный или ограниченный диапазон длины волн. Это приводит к низкому разрешению пикселей, ограниченной настраиваемой пропускной способности и сложной архитектуре устройства.
Сложность интеграции многослойных фото-сенсорных материалов высокого разрешения и устройств для полноценной цветной фотосъемки с монолитной интеграцией явилась серьезным препятствием для создания высокочувствительных и цветных массивов, способных различать цвета кожи, подобных фотодетекторам.
По этим причинам были предприняты огромные усилия по разработке фотодетекторов с новыми фото-сенсорными материалами и архитектурой устройств широкополосного фото обнаружения, таких как
- коллоидные квантовые точки,
- аморфные оксидные полупроводники,
- органические полупроводники,
- перовскитные материалы,
- двухмерные материалы - графен и металл переходного периода.
В частности, для максимизации светочувствительности в широкополосном диапазоне в основном использовалась архитектура гибридных устройств фотодетекторов. Например, фотодетекторы графена и нанодетекторы органического углерода демонстрируют высокие достижения и оптическую чувствительность в результате объединения полупроводников с различными оптоэлектронными свойствами и свойствами переноса заряда.
Однако, хотя предыдущие достижения заслуживают внимания, они представляют собой узкополосный поглощающий материал с ограниченной способностью регулировать разрыв полосы пропускания и длину волны. Для преодоления этих ограничений, особенно с точки зрения светочувствительности, цветного фотодатчика и дискриминации по длине волны, коллоидные квантовые точки привлекли значительное внимание благодаря своим уникальным оптоэлектронным характеристикам, таким как широкий диапазон настройки и высокие коэффициенты поглощения света.
Для управления фотодетекторами с использованием большой площади и активной матрицы были проведены активные исследования тонкопленочных транзисторов на основе галлия-цинка, в силу их высокой мобильности носителей, низкого тока за пределами состояния и масштабируемости. Несмотря на интересные особенности этих материалов, об их монолитной интеграции для высокочувствительного цветного фотографического обнаружения сообщалось редко, в основном из-за нескольких проблем:
- Оптимизации архитектуры фотодетекторов для цветного обнаружения и дискриминации длин волн.
- Реализация дополнительного полупроводникового металл-оксидного покрытия высокого разрешения, совместимого с многокомпонентными слоями квантовых точек для крупноразмерной и кожной сети мультиплексирования.
- Слабый контроль над интерфейсом для достижения высокоэффективной передачи заряда.
Таким образом, низкотемпературные фототранзисторы на основе квантовых точек на коже и их пиксельные массивы превосходят традиционные фотодиодные сенсоры и современные гибкие фотодетекторы. Они обеспечивают полноценную цветную фотосъемку и тем самым общий путь для высоконадежных и конформальных двухмерных фотодетекторов. Синергия монолитной интеграции фототранзисторных систем с возможностью дискриминации по длине волны может также открыть новые перспективы для фотоприборов и электроники.
Фоточувствительные и высокопроводящие халкометаллические лиганды могут идеально передавать фотогенерированные электроны в активный слой аморфных оксидных полупроводников без захвата электронов, что приводит к чрезвычайно высокой светочувствительности. Кроме того, эти платформы могут применяться к многоканальным фотосенсорным сетям благодаря прямому структурированию множительных пикселированных слоев квантовых точек для одновременного и селективного реагирования на различные стимулы, показывая простой маршрут для различных приложений биоинформации. На основе этих технологий на мягкой платформе, напоминающей кожу, была реализована волнообразно различаемая по длине волны фототранзисторная цепь, которая станет универсальным и масштабируемым подходом для широко спектральных датчиков изображения и ориентированных на человека биологических устройств.