Photodiode 150dB low-noise dapat mendeteksi detak jantung dari jarak jauh

Universitas Eindhoven Teknologi telah membuat fotodioda dengan noise rendah (<10^-6mA/cm² arus gelap) dan rentang dinamis lebar (<150dB), yang dapat mendeteksi detak jantung secara optik pada jarak 1.3m.

Peneliti TU Eindhoven Riccardo Ollearo mengukur denyut nadi di jarinya dari jarak jauh dengan fotodioda film tipis

Melalui efek pengganda foto yang tak terduga, ini dapat mencapai hasil foto elektron di atas 200% pada 850 nm.

“Saya tahu, ini kedengarannya luar biasa,” kata peneliti proyek Profesor René Janssen, “namun, di sini kita tidak berbicara tentang efisiensi energi normal. Yang penting di dunia fotodioda adalah efisiensi kuantum, jumlah foton yang diubah oleh dioda menjadi elektron.”

Ini bukan fotodioda silikon, tetapi struktur tandem film tipis dengan lapisan aktif foto perovskit menghadap cahaya yang masuk, dan campuran semikonduktor donor dan akseptor organik (persimpangan hetero massal) di belakangnya.

Struktur ini dirancang untuk memfilter sendiri secara optik, dengan panjang gelombang penyerap dioda depan lebih pendek dari ~650nm, memblokir segala sesuatu kecuali inframerah-dekat untuk mencapai heterojunction massal celah pita sempit belakang.

Untuk mencegah sel perovskit depan berkontribusi pada arus foto, antara dua lapisan fotosensitif adalah lapisan aktif elektrik yang tidak aktif secara optik (terbuat dari 'PFN-Br') yang secara selektif memblokir elektron yang dihasilkan dalam film perovskit saat melewati lubang dari heterojunction curah organik pita sempit – membuat sel hanya sensitif terhadap panjang gelombang yang lebih panjang.

Secara keseluruhan struktur memiliki efisiensi kuantum eksternal (EQE) yang memuncak pada 70% pada 850 nm (lebar penuh pada setengah maks <100 nm).

Namun, EQE, sejauh menyangkut inframerah dekat, meroket hingga 220% jika sel juga diterangi dengan lampu hijau (60mW/cm² pada 540 nm).

Sementara mekanisme penguatan ini tidak terbukti, tim berpikir itu karena iluminasi hijau yang menyebabkan elektron berkumpul di film perovskit, yang kemudian dihalangi melalui penghalang PFN-Br ketika lubang yang dihasilkan oleh inframerah dekat di sisi persimpangan curah organik untuk sementara menurunkan energi penghalang.

“Dengan kata lain, setiap foton infra merah yang melewati dan diubah menjadi sebuah elektron, mendapatkan perusahaan dari elektron bonus, menghasilkan efisiensi 200 persen atau lebih,” kata Ollearo (foto di atas).

Deteksi jarak jauh detak jantung dan laju pernapasan mengharuskan subjek manusia diterangi dengan cahaya inframerah-dekat (meninggalkan). Ini akan bekerja dengan perubahan reflektifitas sesedikit mungkin karena tekanan darah bervariasi di satu jari.

Eindhoven University of Technology bekerja sama dengan organisasi riset Belanda TNO di Holst Centre.

Temuan mereka diterbitkan sebagai 'pengawasan Vitalitas di kejauhan menggunakan fotodioda 2 fotodioda near-infrared pita sempit seperti film tipis dengan responsivitas yang ditingkatkan cahaya' di Science Advances.

Makalah yang ditulis dengan jelas ini dapat dibaca tanpa pembayaran, dan mencakup deskripsi ekstensif tentang perangkat dan eksperimen medis yang tidak mengganggu.