Los fotodetectores son los dispositivos que convierten la información transportada por la luz en una señal eléctrica que puede ser procesada por circuitos electrónicos y computadoras. Se encuentran en dispositivos cotidianos, como controles remotos de televisión y sensores de movimiento, y son un componente clave en muchos dispositivos artificialestecnologías de inteligencia e Internet de las cosas IoT. Pero el mercado más grande y de más rápido crecimiento para ellos es en centros de datos y telecomunicaciones, donde decenas de millones de ellos se implementan cada año para satisfacer las crecientes demandas de almacenamiento de nuestra tecnología informática.
El crecimiento en estas industrias ha convertido al fotodetector en un producto de alta demanda, pero su fabricación requiere materiales caros, como el oro y el titanio, y condiciones altamente controladas producidas por equipos intensivos en capital con altos costos de mantenimiento.
Investigadores de la Universidad de Drexel informaron recientemente sobre una nueva forma de fabricar los sensores, utilizando un tipo de material bidimensional llamado MXene, que mejora su sensibilidad y reduce sustancialmente los costos de producción.
En su investigación, que apareció recientemente en la revista Materiales avanzados , el grupo muestra cómo reemplazar el oro con una capa translúcida de material MXene puede hacer posible ampliar el proceso de producción del fotodetector y producir sensores que son superiores al estándar actual de oro.
"Este es un desarrollo importante porque se espera que la demanda mundial de fotodectores alcance los $ 2 mil millones para el año 2024, por lo que existe una necesidad apremiante de ampliar el proceso y encontrar materiales más sostenibles para usar como componentes", dijo Pouya Dianat,PhD, profesor asistente de investigación en la Facultad de Ingeniería de Drexel y coautor del artículo.
Los fotodetectores transforman la radiación de luz en una corriente eléctrica. Usualmente usan oro como material de contacto para conectar el material del detector al resto de los circuitos porque es altamente conductivo. Estos detectores son cada vez más comunes en una variedad de aplicaciones que requieren la transmisión rápidade volúmenes de datos, como los sistemas automatizados de ensamblaje, empaque y entrega que están creciendo para acomodar la explosión de las compras en línea. Se utilizan enormes estantes en centros de datos del tamaño de un almacén para transmitir información a través de los edificios que pueden abarcar el área de cuatrocampos de futbol.
Debido a que los MXenes, que son materiales de capas bidimensionales delgadas, son lo suficientemente versátiles como para seguir siendo altamente conductores cuando se aplican en una variedad de formas, desde pintura en aerosol, arcilla, hasta tinta, han surgido como un candidato atractivo parauso, en forma de película transparente, como electrodos en fotodetectores.
"Uno de los mayores desafíos de la fabricación de fotodetectores es la deposición de contactos de oro. Además del costo del oro en sí, el proceso de fabricación debe realizarse a alta temperatura y en una cámara de vacío, que también es bastante costosa,"dijo Kiana Montazeri, investigadora de doctorado y autora principal del artículo." Estamos reemplazando el oro con MXenes, que son materiales menos costosos, y produciendo los componentes del fotodetector depositándolos en condiciones ambientales usando un hilador de mesa ".
Este proceso de deposición de película delgada, funciona como colocar una gota de tinta en una centrífuga y luego pelar la salpicadura resultante de la pared. Como un proceso relativamente simple que se puede realizar en condiciones atmosféricas normales en un sustrato con diseño, puedese puede ampliar fácilmente para producir fotodetectores MXene en masa.
La sensibilidad de los fotodetectores está vinculada al área de la superficie del material fotosensible. Si bien los sensores más grandes serían más deseables, su tamaño también requiere más potencia óptica para funcionar y hace que la respuesta sea lenta. Debido a que son conductores, las películas MXenepodría usarse en múltiples componentes de los sensores, convirtiendo así casi toda la superficie del dispositivo en un área de detección, sin disminuir su eficiencia energética o rendimiento.
"El interés en MXenes ha explotado recientemente por varias razones, la principal de ellas es que se pueden mezclar con agua para hacer aerosoles y tintas sin dejar de ser muy conductivo", dijo Bahram Nabet, PhD, profesor en la Facultad de Ingeniería de Drexely un coautor del artículo "El uso de una película transparente de MXene como contactos en los fotodetectores ofrece una ventaja obvia ya que mitiga la compensación entre la distancia de tránsito del operador y la capacidad de respuesta".
En el documento, los investigadores informan que los fotodetectores de película MXene que crearon tuvieron un rendimiento cuatro veces mejor, en términos de sensibilidad, que los dispositivos actuales fabricados con oro. Esto significa que podrían usarse para hacer que los centros de datos sean mucho másenergía eficiente.
"El siguiente paso para este trabajo es continuar estandarizando el proceso de producción y desarrollar métodos para estabilizar los componentes MXene para su uso en una variedad de entornos y condiciones", dijo Michel Barsoum, PhD, profesor distinguido en la Facultad de Ingeniería ".Esperamos que este descubrimiento abra la puerta para usar MXene en una amplia variedad de dispositivos optoelectrónicos, como fotodiodos y fototransistores, así como en tecnologías habilitadoras como microelectrónica, circuitos integrados fotónicos y fotónica de silicio ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :