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Le monde se dirige vers une économie de milliers de milliards de capteurs où des milliards d'appareils utilisant plusieurs capteurs seront connectés sous l'égide de l'Internet des objets. Une part importante de cette économie est constituée de capteurs de lumière/photo, qui sont de minuscules composants électroniques à base de semi-conducteurs qui détectent la lumière et la convertissent en signaux électriques. Les capteurs de lumière peuvent être trouvés partout autour de nous, des gadgets électroniques ménagers et des équipements de soins de santé aux systèmes de communication optique et aux automobiles.
Au cours des années, il y a eu des progrès notables dans la recherche sur les photocapteurs. Les scientifiques se sont efforcés de développer des capteurs capables de détecter une plage dynamique élevée de lumières, faciles à fabriquer et écoénergétiques. La plupart des capteurs de lumière utilisés dans les produits de consommation économiques sont économes en énergie mais sont sensibles au bruit (informations lumineuses indésirables) dans l'environnement externe, ce qui nuit à leurs performances. Pour s'attaquer à ce problème, les produits ont été conçus à l'aide de circuits de conversion lumière-fréquence (LFC), qui présentent un meilleur rapport signal sur bruit. Cependant, la plupart des LFC sont constitués de photodétecteurs à base de silicium qui peuvent limiter la plage de détection de la lumière. Aussi, l'utilisation de LFC entraîne un gaspillage de surface de puce, ce qui devient un problème lors de la conception de circuits électroniques multifonctionnels pour des appareils compacts.
Maintenant une équipe de chercheurs de l'Université nationale d'Incheon, Corée du Sud, dirigé par le professeur Sung Hun Jin, a démontré un système très efficace de photodétecteurs qui peut surmonter les limitations des LFC conventionnels. Dans leur étude, qui a été mis en ligne le 10 juin 2021 et publié par la suite dans le tome 17, numéro 26 de la revue Petit , ils rapportent avoir développé des inverseurs photosensibles complémentaires avec des nanotubes de carbone à paroi unique de type p (SWNT) et des transistors à couche mince amorphe d'indium-gallium-zinc-oxyde (a-IGZO/SWNT).
Le professeur Jin explique, "Notre photodétecteur applique une approche différente en ce qui concerne la conversion lumière-fréquence. Nous avons utilisé des composants qui dépendent de la lumière et non de la tension, contrairement aux LFC conventionnels."
La nouvelle architecture de conception a permis à l'équipe de concevoir des LFC avec une efficacité de surface de puce supérieure et un facteur de forme compact, ce qui le rend approprié pour une utilisation dans des appareils électroniques flexibles. Les expériences menées à l'aide du système photocapteur ont indiqué d'excellentes propriétés optiques, y compris une accordabilité et une réactivité élevées sur une large gamme de lumière. Le LFC a également montré la possibilité d'une évolutivité sur une grande surface et d'une intégration facile dans des puces à base de plaquettes de silicium de pointe.
Le système LFC développé dans cette étude peut être utilisé pour construire des systèmes de capteurs optiques qui ont une intégrité de signal de haut niveau, ainsi que d'excellentes capacités de traitement et de transmission du signal. Ces propriétés prometteuses en font un candidat sérieux pour une application dans les futurs scénarios de capteurs de l'Internet des objets. « Les LFC basés sur des semi-conducteurs de faible dimension deviendront l'un des composants essentiels dans le domaine du billion de capteurs. Notre système LFC trouvera une application dans la SpO médicale.
