Гибкие ультрафиолетовые датчики сверхвысокой производительности для использования в носимых устройствах

Хотя ультрафиолетовые лучи невидимы для человеческого глаза, они окружают нас в окружающей среде, и чрезмерное воздействие может вызвать проблемы со здоровьем, включая рак кожи и преждевременное старение кожи. Интенсивность УФ-лучей обычно сообщается с помощью индекса в сводках погоды. Носимое устройство, такое как футболка или часы, которые отслеживают фактическое воздействие ультрафиолета на человека в течение дня, будет полезным и более точным руководством для людей, стремящихся избежать вредного воздействия солнца.

Исследователи NTU сообщили, что их гибкие датчики УФ-излучения были в 25 раз более чувствительными и в 330 раз более чувствительными, чем существующие датчики, что превышает уровень производительности, необходимый для оптоэлектронных приложений — электроники на основе света.

Датчики УФ-излучения, также известные как фотодетекторы, используются в самых разных системах, от смартфонов до биомедицинских изображений. За последние десятилетия нитрид галлия (GaN) приобрел известность как идеальный материал для изготовления датчиков УФ-излучения, в основном благодаря его превосходным свойствам излучения, регулирования, передачи и восприятия света. Однако сегодня большинство УФ-датчиков на основе GaN построены на жестких слоях, что ограничивает их использование в гибких и носимых изделиях.

Хотя исследователи в других странах разработали гибкие УФ-датчики на основе GaN, они не достигли уровня производительности, необходимого для современного использования. Две из их самых больших проблем — низкая отзывчивость и низкая чувствительность. Команда NTU преодолела эти ограничения, создав гибкие датчики УФ-излучения на полупроводниковой пластине диаметром 8 дюймов с использованием отдельно стоящих монокристаллических слоев GaN и нитрида алюминия-галлия (AlGaN), организованных с использованием мембран, состоящих из двух разных тонких полупроводниковых слоев. (гетероструктурные мембраны).

Этот тип полупроводниковой структуры, которую можно изготовить с использованием существующих промышленных методов, позволяет легко сгибать материал, что делает его идеальным для использования в гибких датчиках. В то же время химический состав материала меняется с глубиной, а это означает, что высокие эксплуатационные характеристики сохраняются даже при нагрузке.

В ходе лабораторных испытаний гибкие датчики УФ-излучения NTU работали с высоким уровнем чувствительности и чувствительности даже при многократном испытании на изгиб и высокую температуру. При различных внешних нагрузках (сжимающих, плоских и растягивающих) датчики зафиксировали уровень чувствительности в диапазоне от 529 до 1340 Ампер/Ватт (единица, используемая для измерения способности устройства преобразовывать оптический сигнал в электрический сигнал). что примерно в 100 раз выше, чем у существующих УФ-датчиков. Этот отклик оставался стабильным после 100 циклов повторяющихся изгибов, демонстрируя его потенциал для интеграции в носимые устройства.

«Высокопроизводительные гибкие датчики ультрафиолетового излучения, которые мы создали, прокладывают путь вперед для широкого спектра будущих носимых приложений, таких как персональный интеллектуальный мониторинг здоровья, где люди могут точно измерять уровни своего УФ-излучения в течение дня, чтобы снизить риск рак кожи», — сказал профессор Ким Мунхо. Рак кожи, один из наиболее распространенных видов рака во всем мире, в первую очередь вызывается чрезмерным воздействием ультрафиолетового излучения солнца. Согласно данным, собранным Всемирной организацией Фонд исследования рака.

«Рак кожи можно предотвратить, защищая кожу от чрезмерного пребывания на солнце. Таким образом, надежное носимое устройство, которое может отслеживать воздействие УФ-излучения, может быть удобным инструментом, помогающим отслеживать рекомендуемое воздействие, особенно для тех, кто проводит много времени на открытом воздухе», — заявила исследовательская группа.