Il mondo si sta dirigendo verso un'economia da trilioni di sensori in cui miliardi di dispositivi che utilizzano più sensori saranno collegati sotto l'ombrello dell'Internet delle cose. Una parte importante di questa economia è costituita da fotosensori/fotosensori, che sono minuscoli componenti elettronici basati su semiconduttori che rilevano la luce e li convertono in segnali elettrici. I sensori di luce possono essere trovati ovunque intorno a noi, dai gadget elettronici domestici e dalle apparecchiature sanitarie ai sistemi di comunicazione ottica e alle automobili.

Negli anni, ci sono stati notevoli progressi nella ricerca sui fotosensori. Gli scienziati si sono sforzati di sviluppare sensori in grado di rilevare un'elevata gamma dinamica di luci, facili da produrre ed efficienti dal punto di vista energetico. La maggior parte dei sensori di luce utilizzati in prodotti di consumo convenienti sono efficienti dal punto di vista energetico ma sono suscettibili al rumore - informazioni di luce indesiderate - nell'ambiente esterno, che ne pregiudica le prestazioni. Per affrontare questo problema, i prodotti sono stati progettati utilizzando circuiti di conversione da luce a frequenza (LFC), che mostrano un miglior rapporto segnale/rumore. Però, la maggior parte degli LFC sono realizzati con fotorivelatori a base di silicio che possono limitare la gamma di rilevamento della luce. Anche, l'uso di LFC porta allo spreco di area del truciolo, che diventa un problema quando si progettano circuiti elettronici multifunzionali per dispositivi compatti.

Ora un team di ricercatori della Incheon National University, Corea del Sud, guidato dal Prof. Sung Hun Jin, ha dimostrato un sistema altamente efficiente di fotorivelatori in grado di superare i limiti degli LFC convenzionali. Nel loro studio, che è stato reso disponibile online il 10 giugno 2021 e successivamente pubblicato nel volume 17, numero 26 della rivista Piccolo , riferiscono di aver sviluppato inverter fotosensibili gratuiti con nanotubi di carbonio a parete singola di tipo p (SWNT) e transistor a film sottile di tipo n amorfo indio-gallio-ossido di zinco (a-IGZO/SWNT).

Il prof. Jin spiega, "Il nostro fotorilevatore applica un approccio diverso per quanto riguarda la conversione da luce a frequenza. Abbiamo utilizzato componenti che dipendono dalla luce e non dal voltaggio, a differenza degli LFC convenzionali."

La nuova architettura di design ha permesso al team di progettare LFC con un'efficienza dell'area del chip superiore e un fattore di forma compatto, rendendolo adatto per l'uso in dispositivi elettronici flessibili. Gli esperimenti condotti utilizzando il sistema di fotosensori hanno indicato eccellenti proprietà ottiche, compresa l'elevata sintonizzabilità e reattività su un'ampia gamma di luci. L'LFC ha anche mostrato la possibilità di una scalabilità su un'ampia area e di una facile integrazione in chip all'avanguardia basati su wafer di silicio.

Il sistema LFC sviluppato in questo studio può essere utilizzato per costruire sistemi di sensori ottici con integrità del segnale di alto livello, nonché eccellenti capacità di elaborazione e trasmissione del segnale. Queste proprietà promettenti lo rendono un forte concorrente per l'applicazione in futuri scenari di sensori Internet-of-Things. "Gli LFC basati su semiconduttori a bassa dimensione diventeranno uno dei componenti principali nell'area dei trilioni di sensori. Il nostro schema LFC troverà applicazione nella SpO medica ₂ rilevamento, illuminazione automatica in agricoltura, o in display avanzati per la realtà virtuale e aumentata" conclude il Prof. Jin.