二维电子气体高性能柔性紫外光电探测器可穿戴设备

为了开发具有先进紫外线 (UV) 检测功能的可穿戴设备，新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore) 的科学家们创造了一种既灵活又高度灵敏的新型光传感器。

虽然人眼看不见，但紫外线在我们的环境中包围着我们，过度暴露会导致健康问题，包括皮肤癌和皮肤过早老化。紫外线强度通常在天气报告中通过指数报告。可穿戴设备，例如 T 恤或手表，可以全天监测个人的实际紫外线暴露情况，对于寻求避免阳光伤害的人们来说，将是一个有用且更准确的指南。

在同行评审期刊ACS Nano（"基于非常规释放策略的二维电子气体高性能柔性可见盲紫外光电探测器"）封面上的研究中，南洋理工大学研究人员报告说，他们的灵活紫外光传感器的响应速度是现有传感器的 25 倍，灵敏度是现有传感器的 330 倍，超过了光电应用或基于光的电子产品所需的性能水平。

紫外光传感器，也称为光电探测器，广泛用于从智能手机到生物医学成像的各种系统中。在过去的几十年中，氮化镓 (GaN) 作为制造紫外光传感器的理想材料而备受瞩目，这主要是由于其在发射、调节、传输和传感光方面的卓越性能。

然而，当今大多数基于 GaN 的紫外线传感器都建立在刚性层上，限制了它们在柔性和可穿戴产品中的使用。

虽然其他地方的研究人员已经开发出灵活的基于 GaN 的紫外线传感器，但他们还没有达到最先进使用所需的性能水平。他们面临的两个最大挑战是低响应度和低灵敏度。

NTU 的发明克服了刚性紫外光传感器的局限性

NTU 团队通过在直径 8 英寸的半导体晶片上创建灵活的紫外光传感器克服了这些限制，使用独立的 GaN 和氮化铝镓 (AlGaN) 单晶层，使用由两种不同薄半导体组成的膜排列层（异质结构膜）。

这种类型的半导体结构可以使用现有的工业兼容方法制造，允许材料轻松弯曲，使其成为柔性传感器的理想选择。同时，材料的化学成分随深度而变化，这意味着即使受到应变也能保持高性能。

在实验室测试中，NTU 灵活的紫外光传感器使用新颖的 AlGaN 和 GaN 组合而成，以极高的响应度和灵敏度运行。经过多次弯曲和高温测试，它们也保持了良好的性能。

在一系列外部应变（压缩、平坦和拉伸）下，传感器记录的响应水平介于 529 – 1340 安培/瓦特（用于测量设备将光信号转换为电信号的能力的单位），这比现有的紫外线传感器高出约 100 倍。这种响应在 100 次重复弯曲循环后保持稳定，表明其有可能被集成到可穿戴设备中。

创新为支持紫外线的灵活可穿戴技术打开了大门

首席研究员、南洋理工大学电子与电气工程学院助理教授 Kim Munho 表示，该团队灵活的紫外光传感器的高性能证明，制造用于未来相关光的大规模轻量级柔性电子设备是可行的。基于应用程序。

NTU 团队的成就可能会导致紫外线光电设备和电路的重大进步，金助理教授补充说，因为产品工程师现在可以期待开发支持紫外线的可穿戴系统。

"虽然刚性形式的 GaN 基紫外光传感器的性能在过去几年中通过各种结构创新得到了极大改善，但柔性版本仍处于起步阶段，其性能远远落后于刚性对应物，"Asst 说金教授。

"我们开发的高性能柔性紫外线传感器为未来广泛的可穿戴应用铺平了道路，例如在个人智能健康监测中，人们可以全天准确测量他们的紫外线暴露水平以降低风险皮肤癌。"

皮肤癌是全球最常见的癌症类型之一，主要是由过度暴露于太阳的紫外线辐射引起的。世界上皮肤癌发病率最高的地区，例如澳大利亚，估计每 3 人中就有 2 人会在 70 岁时被诊断出患有皮肤癌。癌症研究基金。

"可以通过保护皮肤免受过度阳光照射来预防皮肤癌。在这种情况下，可以跟踪紫外线照射的可靠可穿戴设备可能是一种方便的工具，可以帮助监测个人的推荐照射量，特别是对于那些在户外度过大量时间的人来说，"研究小组说。

南洋理工大学团队花了两年的时间设计、制造和测试开发柔性紫外线传感器的项目。展望未来，研究人员正在寻求利用他们的创新设计眼睛型紫外线成像仪和其他应用。