Ultradünner, energieeffizienter Fotodetektor mit integriertem Gorilla-Glas

Fotodetektoren – auch bekannt als Fotosensoren – tragen zum Komfort des modernen Lebens bei. Sie wandeln Lichtenergie in elektrische Signale um, um Aufgaben wie das Öffnen automatischer Schiebetüren und die automatische Anpassung der Bildschirmhelligkeit eines Mobiltelefons an unterschiedliche Lichtverhältnisse zu erledigen. Forscher fördern den Einsatz von Fotodetektoren, indem sie die Technologie in haltbares Gorilla-Glas integrieren, das Material, das für Smartphone-Bildschirme verwendet wird und von Corning Incorporated hergestellt wird.

Die Herstellung und Skalierung von Fotodetektoren auf Glas muss bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgen (das Glas zersetzt sich bei hohen Temperaturen) und muss sicherstellen, dass der Fotodetektor auf Glas mit minimalem Energieverbrauch betrieben werden kann. Um die erste Herausforderung zu meistern, stellten die Forscher fest, dass die chemische Verbindung Molybdändisulfid das beste Material für die Verwendung als Beschichtung auf dem Glas ist.

Das Team verwendete einen chemischen Reaktor bei 600 °C – eine Temperatur, die niedrig genug ist, um das Gorilla-Glas nicht zu zersetzen – um die Verbindung und das Glas zu verschmelzen. Der nächste Schritt bestand darin, das Glas und die Beschichtung in einen Photodetektor umzuwandeln, indem es mit einem herkömmlichen Elektronenstrahl-Lithographiegerät gemustert wurde. Das Team testete das Glas mit grüner LED-Beleuchtung, die eine natürlichere Lichtquelle imitiert, im Gegensatz zu Laserbeleuchtung, die üblicherweise in ähnlichen optoelektronischen Forschungen verwendet wird.

Der ultradünne Körper der Molybdändisulfid-Fotodetektoren ermöglicht eine bessere elektrostatische Kontrolle und stellt sicher, dass sie mit geringem Stromverbrauch betrieben werden können – eine entscheidende Voraussetzung für die intelligente Glastechnologie der Zukunft. Die Fotodetektoren müssen an ressourcenbeschränkten oder unzugänglichen Orten arbeiten, die von Natur aus keinen Zugang zu uneingeschränkten Stromquellen haben. Daher sind sie darauf angewiesen, ihre eigene Energie in Form von Wind- oder Sonnenenergie vorzuspeichern.

Kommerziell entwickelt, könnte Smart Glass zu technologischen Fortschritten in zahlreichen Industriezweigen führen, darunter Fertigung, zivile Infrastruktur, Energie, Gesundheitswesen, Transport und Luft- und Raumfahrttechnik. Die Technologie könnte in biomedizinischer Bildgebung, Sicherheitsüberwachung, Umweltsensorik, optischer Kommunikation, Nachtsicht, Bewegungserkennung und Kollisionsvermeidungssystemen für autonome Fahrzeuge und Roboter eingesetzt werden. Intelligentes Glas an Windschutzscheiben von Autos könnte sich bei Nachtfahrten an entgegenkommende Fernlichtscheinwerfer anpassen, indem es seine Opazität mithilfe der Technologie automatisch ändert.