Инфракрасные датчики, которые отвечают за «зрение» в таких устройствах, как LiDAR для автономных транспортных средств, системы 3D-распознавания лиц в смартфонах и носимые медицинские устройства, считаются ключевыми компонентами электроники нового поколения.
Исследовательская группа под руководством профессора Джи Тэ Кима из отдела машиностроения KAIST в сотрудничестве с профессором Сун Джу О из Корейского университета и профессором Тяньшуо Чжао из Гонконгского университета разработала технологию 3D-печати, позволяющую изготавливать сверхмалые инфракрасные датчики размером менее 10 микрометров (мкм) в индивидуальных формах и размерах при комнатной температуре.
Статья «Печать коллоидных нанокристаллов с помощью лигандного обмена для создания полностью напечатанной субмикронной оптоэлектроники» опубликована в журнале Nature Communications.
Инфракрасные датчики преобразуют невидимые инфракрасные сигналы в электрические и служат важными компонентами для реализации будущих электронных технологий, таких как роботизированное зрение. Соответственно, миниатюризация, снижение веса и гибкая конструкция форм-фактора становятся всё более важными.
Традиционные процессы производства полупроводников хорошо подходили для массового производства, но с трудом адаптировались к быстро меняющимся технологическим требованиям. Они также требовали высокотемпературной обработки, что ограничивало выбор материалов и потребляло много энергии.
Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа разработала сверхточный процесс 3D-печати, в котором используются металлы, полупроводники и изоляционные материалы в виде жидких нано-кристаллических чернил. Они укладываются слоями на одной печатной платформе.
Этот метод позволяет напрямую изготавливать основные компоненты инфракрасных датчиков при комнатной температуре, что позволяет создавать индивидуальные миниатюрные датчики различных форм и размеров.
Исследователи добились отличных электрических характеристик без необходимости высокотемпературного отжига, применив процесс «лигандного обмена», при котором изолирующие молекулы на поверхности наночастиц заменяются проводящими.
В результате команда успешно изготовила сверхмалые инфракрасные датчики толщиной менее одной десятой толщины человеческого волоса (менее 10 мкм).
Профессор Джи Тэ Ким прокомментировал: «Разработанная технология 3D-печати не только способствует миниатюризации и облегчению конструкции инфракрасных датчиков, но и прокладывает путь для создания инновационных продуктов нового форм-фактора, которые ранее были невообразимы. Кроме того, за счёт снижения массового энергопотребления, связанного с высокотемпературными процессами, этот подход может снизить производственные затраты и сделать производство более экологичным, способствуя устойчивому развитию индустрии инфракрасных датчиков».
Предоставлено The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST).