Фотодиод с низким уровнем шума 150 дБ может удаленно обнаруживать сердцебиение

239

Эйндховенский технологический университет изготовил фотодиод с таким низким уровнем шума (<10-6мА/см2 темновой ток) и широкий динамический диапазон (<150 дБ), что позволяет оптически обнаруживать сердцебиение на расстоянии 1,3 м.

Исследователь TU Eindhoven Риккардо Олеаро дистанционно измеряет пульс на пальце с помощью тонкопленочного фотодиода.

Благодаря неожиданному эффекту фотоумножителя он может достичь выхода фотоэлектронов выше 200% на длине волны 850 нм.

«Я знаю, это звучит невероятно, — сказал исследователь проекта профессор Рене Янссен, — но мы не говорим здесь об обычной энергоэффективности. Что имеет значение в мире фотодиодов, так это квантовая эффективность, количество фотонов, которые диод преобразует в электроны».

Это не кремниевый фотодиод, а тонкопленочная тандемная структура с перовскитным фотоактивным слоем, обращенным к падающему свету, и смесью органических донорных и акцепторных полупроводников (объемный гетеропереход) за ним.

Структура предназначена для оптической самофильтрации, при этом передний диод поглощает длину волны короче ~ 650 нм, блокируя все, кроме ближнего инфракрасного диапазона, от достижения объемного гетероперехода сзади с узкой запрещенной зоной.

Чтобы передняя перовскитовая ячейка не вносила свой вклад в фототок, между двумя фоточувствительными слоями находится оптически неактивный электрически активный слой (сделанный из «PFN-Br»), который избирательно блокирует электроны, генерируемые в перовскитной пленке при прохождении. отверстия от узкополосного органического объемного гетероперехода, что делает клетку чувствительной только к более длинным длинам волн.

В целом структура имеет внешнюю квантовую эффективность (EQE) с пиком 70% при 850 нм (полная ширина на половине максимума <100 нм).

Тем не менее, EQE, что касается ближнего инфракрасного диапазона, достигает 220%, если ячейка также освещена зеленым светом (60 мВт/см2).2 на 540 нм).

Хотя механизм этого усиления не доказан, команда считает, что это связано с зеленым освещением, заставляющим электроны собираться в пленке перовскита, которые затем проходят через барьер PFN-Br, когда дырки, генерируемые в ближнем инфракрасном диапазоне, находятся на поверхности. Сторона органического объемного соединения временно снижает энергию барьера.

«Другими словами, каждый инфракрасный фотон, который проходит и превращается в электрон, получает компанию от бонусного электрона, что приводит к эффективности 200% или более», — сказал Оллеаро (Ollearo).фото выше).

Тандемный фотодиод EindhovenUofT для измерения пульса и дыханияДистанционное определение сердцебиения и частоты дыхания требует, чтобы человек был освещен ближним инфракрасным светом (левый). Он будет работать даже с небольшими изменениями отражательной способности, поскольку кровяное давление изменяется в одном пальце.

Эйндховенский технологический университет работал с нидерландской исследовательской организацией TNO в Центре Холста.

Их результаты опубликованы как «Наблюдение за жизнедеятельностью на расстоянии с использованием тонкопленочных тандемных узкополосных фотодиодов ближнего инфракрасного диапазона 2 с повышенной чувствительностью к свету‘ в журнале “Достижения науки”.

Эту четко написанную статью можно прочитать бесплатно, и она включает подробные описания устройства и ненавязчивых медицинских экспериментов.

Читать полную новость на сайте