El mundo se dirige hacia una economía de billones de sensores que utilizan múltiples sensores y que se conectarán bajo el paraguas del Internet de las cosas.

Una parte importante de esta economía está constituida por sensores de luz/foto, que son pequeños componentes electrónicos basados ​​en semiconductores que detectan la luz y la convierten en señales eléctricas. Los sensores de luz se pueden encontrar en todas partes a nuestro alrededor, desde aparatos electrónicos domésticos y equipos para el cuidado de la salud hasta sistemas de comunicación óptica y automóviles.

A lo largo de los años, ha habido un progreso notable en la investigación sobre fotosensores. Los científicos se han esforzado por desarrollar sensores que puedan detectar un alto rango dinámico de luces y que sean fáciles de fabricar y energéticamente eficientes. La mayoría de los sensores de luz utilizados en productos de consumo rentables son energéticamente eficientes, pero son susceptibles al ruido (información de luz no deseada) en el entorno externo, lo que afecta negativamente su rendimiento. Para abordar este problema, se han diseñado productos utilizando circuitos de conversión de luz a frecuencia (LFC), que muestran una mejor relación señal/ruido. Sin embargo, la mayoría de los LFC están hechos de fotodetectores basados ​​en silicio que pueden limitar el rango de detección de luz. Además, el uso de LFC conduce al desperdicio del área del chip, lo que se convierte en un problema al diseñar circuitos electrónicos multifuncionales para dispositivos compactos.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Incheon, Corea del Sur, dirigido por el profesor Sung Hun Jin, ha demostrado un sistema de fotodetectores altamente eficiente que puede superar las limitaciones de los LFC convencionales. En su estudio, que se puso a disposición online el 10 de junio de 2021 y posteriormente se publicó en el volumen 17, número 26 de la revista Small , informan sobre el desarrollo de inversores fotosensibles complementarios con nanotubos de carbono de pared simple de tipo p (SWNT) e indio amorfo de tipo n. -transistores de película fina de óxido de galio-zinc (a-IGZO / SWNT).

El profesor Jin explica: «Nuestro fotodetector aplica un enfoque diferente con respecto a la conversión de luz a frecuencia. Hemos utilizado componentes que son dependientes de la luz y no dependientes del voltaje, a diferencia de los LFC convencionales».

La nueva arquitectura de diseño permitió al equipo diseñar LFC con una eficiencia de área de chip superior y un factor de forma compacto, lo que lo hace adecuado para su uso en dispositivos electrónicos flexibles. Los experimentos realizados con el sistema de fotosensores indicaron excelentes propiedades ópticas, incluida una alta capacidad de sintonización y capacidad de respuesta en un amplio rango de luz . El LFC también mostró la posibilidad de una gran escalabilidad de área y una fácil integración en chips de última generación basados ​​en obleas de silicio.

El sistema LFC desarrollado en este estudio se puede utilizar para construir sistemas de sensores ópticos que tengan integridad de señal de alto nivel, así como excelentes capacidades de transmisión y procesamiento de señales. Estas propiedades prometedoras lo convierten en un fuerte competidor para su aplicación en escenarios futuros de sensores del IoT.

«Los LFC basados ​​en semiconductores de baja dimensión se convertirán en uno de los componentes centrales en el área de sensores. Nuestro esquema LFC encontrará aplicación en la detección médica de SpO2 , iluminación automática en agricultura o en pantallas avanzadas para realidad virtual y aumentada», concluye el Prof. Jin.