Inspirerad av däggdjursögon, University of Wisconsin-Madison elektriska ingenjörer har skapat de snabbaste, den mest lyhörda flexibla fototransistorn i kisel som någonsin gjorts.

Den innovativa fototransistorn kan förbättra prestandan hos otaliga produkter – allt från digitalkameror, nattsynsglasögon och rökdetektorer till övervakningssystem och satelliter – som är beroende av elektroniska ljussensorer. Integrerad i en digitalkameralins, till exempel, det kan minska volymen och öka både inhämtningshastigheten och kvaliteten på video eller stillbilder.

Utvecklad av UW-Madison-kollaboratörerna Zhenqiang "Jack" Ma, professor i el- och datateknik, och forskaren Jung-Hun Seo, den högpresterande fototransistorn överträffar långt bort alla tidigare flexibla fototransistorparametrar, inklusive känslighet och svarstid.

Forskarna publicerade detaljer om deras framsteg denna vecka i tidskriften Avancerat optiskt material .

Som mänskliga ögon, fototransistorer känner och samlar i huvudsak ljus, omvandla sedan ljuset till en elektrisk laddning proportionell mot dess intensitet och våglängd. När det gäller våra ögon, de elektriska impulserna överför bilden till hjärnan. I en digitalkamera, att elektrisk laddning blir den långa strängen av 1:or och 0:or som skapar den digitala bilden.

Medan många fototransistorer tillverkas på styva ytor, och därför är platt, Ma och SEO är flexibla, vilket betyder att de lättare efterliknar beteendet hos däggdjursögon.

"Vi kan faktiskt göra kurvan vilken form vi vill för att passa det optiska systemet, " säger mamma. "För närvarande, det finns inget enkelt sätt att göra det."

En viktig aspekt av framgången för de nya fototransistorerna är forskarnas innovativa "flip-transfer" tillverkningsmetod, där deras sista steg är att invertera den färdiga fototransistorn på ett plastsubstrat. Vid det tillfället, ett reflekterande metallskikt finns på botten.

"I den här strukturen - till skillnad från andra fotodetektorer - kan ljusabsorption i ett ultratunt kiselskikt vara mycket effektivare eftersom ljus inte blockeras av några metallskikt eller andra material, " säger mamma.

Forskarna placerade också elektroder under fototransistorns ultratunna nanomembranskikt av kisel - och metallskiktet och elektroderna fungerar var och en som reflektorer och förbättrar ljusabsorptionen utan behov av en extern förstärkare.

"Det finns en inbyggd förmåga att känna av svagt ljus, " säger mamma.

I sista hand, de nya fototransistorerna öppnar möjlighetens dörr, han säger.

"Denna demonstration visar stor potential i högpresterande och flexibla fotodetektionssystem, säger mamma, vars arbete stöddes av det amerikanska flygvapnet. "Den visar kapaciteten för högkänslig fotodetektion och stabil prestanda under böjningsförhållanden, som aldrig har uppnåtts samtidigt."