Fotodiod 150dB hingar rendah boleh mengesan degupan jantung dari jauh

Universiti Eindhoven Teknologi telah membuat fotodiod dengan hingar yang begitu rendah (<10^-6mA/cm² arus gelap) dan julat dinamik lebar (<150dB), yang boleh mengesan degupan jantung secara optik pada jarak 1.3m.

Penyelidik TU Eindhoven Riccardo Ollearo mempunyai nadi di jarinya diukur dari jauh oleh fotodiod filem nipis

Melalui kesan pengganda foto yang tidak dijangka, ia boleh mencapai hasil foto-elektron melebihi 200% pada 850nm.

"Saya tahu, bunyi ini luar biasa," kata penyelidik projek Profesor René Janssen, "tetapi, kita tidak bercakap tentang kecekapan tenaga biasa di sini. Apa yang penting dalam dunia fotodiod ialah kecekapan kuantum, bilangan foton yang ditukar oleh diod kepada elektron."

Ini bukan fotodiod silikon, tetapi struktur tandem filem nipis dengan lapisan foto-aktif perovskit menghadap cahaya masuk, dan gabungan penderma organik dan semikonduktor penerima (heterojunction pukal) di belakangnya.

Struktur ini direka bentuk untuk penapisan sendiri secara optikal, dengan diod hadapan menyerap panjang gelombang lebih pendek daripada ~650nm, menghalang segala-galanya kecuali infra merah hampir daripada mencapai heterojunction pukal celah jalur sempit belakang.

Untuk mengelakkan sel perovskit hadapan daripada menyumbang kepada arus foto, di antara dua lapisan sensitif foto ialah lapisan aktif elektrik yang tidak aktif secara optik (diperbuat daripada 'PFN-Br') yang secara selektif menyekat elektron yang dihasilkan dalam filem perovskit semasa melalui lubang dari heterojunction pukal organik jalur sempit - menjadikan sel hanya sensitif kepada panjang gelombang yang lebih panjang.

Secara keseluruhan struktur mempunyai kecekapan kuantum luaran (EQE) memuncak pada 70% pada 850nm (lebar penuh pada separuh maks <100 nm).

Walau bagaimanapun, EQE, setakat inframerah berhampiran, roket kepada 220% jika sel juga diterangi dengan lampu hijau (60mW/cm² pada 540nm).

Walaupun mekanisme untuk keuntungan ini tidak terbukti, pasukan berpendapat ia disebabkan oleh pencahayaan hijau menyebabkan elektron berkumpul dalam filem perovskit, yang kemudiannya berpagar melalui penghalang PFN-Br apabila hampir-infra-merah-dijana-lubang pada bahagian simpang pukal organik merendahkan tenaga penghalang buat sementara waktu.

"Dalam erti kata lain, setiap foton inframerah yang melalui dan ditukar dalam elektron, mendapat kumpulan daripada elektron bonus, yang membawa kepada kecekapan 200 peratus atau lebih," kata Ollearo (foto di atas).

Pengesanan jarak jauh bagi degupan jantung dan kadar pernafasan memerlukan subjek manusia diterangi dengan cahaya inframerah hampir (kiri). Ia akan berfungsi dengan sedikit sahaja perubahan dalam pemantulan kerana tekanan darah berbeza-beza dalam satu jari.

Universiti Teknologi Eindhoven bekerja dengan organisasi penyelidikan Belanda TNO di Pusat Holst.

Penemuan mereka diterbitkan sebagai 'Pengawasan daya hidup pada jarak menggunakan filem nipis bersamaan seperti jalur sempit dekat inframerah 2 fotodiod dengan tanggungjawab dipertingkatkan cahaya' dalam Science Advances.

Kertas yang ditulis dengan jelas ini boleh dibaca tanpa bayaran, dan termasuk penerangan terperinci tentang peranti dan eksperimen perubatan yang tidak mengganggu.