محدودیت‌های موجود در مدار‌های تبدیل نور به فرکانس مرتفع می‌شود

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، جهان در حال حرکت به سمت فناوری‌هایی است که مجهز به میلیارد‌ها حسگر هستند که زیر چتر اینترنت اشیا به هم متصل خواهند شد. بخش مهمی از این اقتصاد را حسگر‌های نور/تصویر تشکیل می‌دهند که قطعات الکترونیکی مبتنی بر نیمه هادی داشته که نور را تشخیص داده و آن‌ها را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. حسگر‌های نور را می‌توان در همه جا یافت، از ابزار‌های الکترونیکی خانگی و تجهیزات مراقبت‌های بهداشتی گرفته تا سیستم‌های ارتباطی نوری و خودروها، همه از این حسگر‌ها بهره‌مند هستند.

در طول سال‌ها، پیشرفت چشمگیری در تحقیقات روی حسگر‌های نوری انجام شده است. دانشمندان تلاش کرده‌اند حسگر‌هایی بسازند که بتوانند طیف وسیعی از نور‌ها را تشخیص دهند و به راحتی تولید شوند و از نظر انرژی نیز کارآمد باشند.

بیشتر حسگر‌های نوری که در محصولات مصرفی مقرون به صرفه استفاده می‌شوند از نظر مصرف انرژی مقرون به صرفه هستند، اما در محیط خارجی مستعد نویز هستند که بر عملکرد آن‌ها تأثیر منفی می‌گذارد. برای مقابله با این مسئله، محصولاتی با استفاده از مدار‌های تبدیل نور به فرکانس (LFC) طراحی شده‌اند که نسبت سیگنال به نویز بهتری را از خود نشان می‌دهند. با این حال، اکثر LFC‌ها از آشکارساز‌های نوری مبتنی بر سیلیکون ساخته شده‌اند که می‌توانند محدوده تشخیص نور را محدود کنند. همچنین، استفاده از LFC‌ها باعث هدر رفتن فضا‌هایی در تراشه می‌شود، که این موضوع هنگام طراحی مدار‌های الکترونیکی چند منظوره برای دستگاه‌های فشرده مشکل‌ساز است.

اکنون تیمی از محققان دانشگاه ملی اینچئون، کره جنوبی به سرپرستی پروفسور سونگ هون جین، یک سیستم بسیار کارآمد از آشکارساز‌های نوری را ساخته‌اند که می‌تواند بر محدودیت‌های LFC معمولی غلبه کند. آن‌ها در مطالعه خود، که در مجله Small منتشر شده، گزارش کردند که اینورتر‌های حساس به نور اضافی با نانولوله‌های کربنی تک جداره نوع p و ترانزیستور‌های لایه نازک گالیوم-روی-اکسید (a-IGZO/SWNT) ساخته شده است.

پروفسور جین توضیح می‌دهد: «آشکارساز نوری ما رویکرد متفاوتی را در رابطه با تبدیل نور به فرکانس استفاده می‌کند. ما بر خلاف LFC‌های معمولی از اجزای وابسته به نور و وابسته به ولتاژ استفاده نکرده‌ایم.»

معماری طراحی جدید محققان به آن‌ها این امکان را می‌دهد تا LFC را با کارایی برتر طراحی کنند، به طوری که برای استفاده در دستگاه‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر مناسب باشد. آزمایش‌هایی که با استفاده از سیستم حسگری عکس انجام شده است، ویژگی‌های نوری عالی از جمله قابلیت تنظیم بالا و پاسخگویی در طیف وسیعی از نور را نشان می‌دهد.

سیستم LFC توسعه یافته در این مطالعه را می‌توان برای ساخت سیستم‌های حسگر نوری که دارای یکپارچگی سیگنال سطح بالا و همچنین پردازش و انتقال سیگنال، استفاده کرد. این ویژگی‌های امیدوارکننده آن را به مدعی قوی برای کاربرد در حسگر‌ها آینده اینترنت اشیا تبدیل می‌کند.