Un capteur proche infrarouge flexible multiplie sa réponse par 5,1

Pliez un capteur à répétition et sa promesse se confronte à un test physique : le signal résiste-t-il ? À l'Institut coréen des sciences des matériaux, une équipe dirigée par le chercheur principal Jung-Dae Kwon, avec Yonghun Kim et Jongwon Yoon, a fabriqué un photodétecteur flexible proche infrarouge dont la photoresponsivité a augmenté d'environ 5,1 fois par rapport à une structure conventionnelle. Après 4 000 cycles de flexion, il a conservé plus de 90 % de sa réponse initiale.

La lumière proche infrarouge est invisible, mais elle peut pénétrer relativement efficacement la peau et les tissus biologiques. Elle est donc utile pour mesurer le rythme cardiaque et l'oxygénation du sang, réaliser des diagnostics médicaux, produire des images nocturnes et assurer des communications optiques. L'équipe indique que les capteurs portables actuels reposent souvent sur des détecteurs rigides en silicium montés sur des substrats flexibles, tandis que les semi-conducteurs organiques et les boîtes quantiques présentent des limites de durabilité ou de stabilité environnementale.

Le dispositif de KIMS utilise une hétérojonction, c'est-à-dire une jonction entre deux matériaux semi-conducteurs, qui combine du silicium amorphe hydrogéné de type n avec du tellure. Le tellure absorbe la lumière proche infrarouge et génère des porteurs de charge ; le silicium amorphe aide à les acheminer vers une électrode. Les chercheurs ont également contrôlé le dopage au phosphore afin de réduire les défauts et ajouté une couche de champ de surface avant, qui guide plus efficacement les porteurs et limite leur recombinaison électron-trou, une source de perte de signal.

Le détecteur a maintenu la détection de la lumière sur une plage de 400 à 1 600 nanomètres. Sa détectivité, une mesure de la capacité d'un détecteur à distinguer de faibles signaux lumineux, a augmenté de 2,6 fois par rapport à la structure conventionnelle. Les chercheurs ont obtenu ces gains en optimisant la qualité des matériaux du silicium et le champ électrique interne du dispositif, plutôt qu'en introduisant un nouveau matériau absorbant la lumière ou des procédés de fabrication complexes supplémentaires.

Qu'est-ce qui change en pratique ? Un détecteur qui reste réactif tout en se pliant pourrait épouser davantage la peau ou les surfaces courbes, au service de dispositifs de santé portables, de capteurs de diagnostic médical et de récepteurs de communications optiques. Ses matériaux inorganiques sont compatibles avec les procédés de fabrication CMOS conventionnels, ce qui, selon KIMS, rend possible une fabrication sur de grandes surfaces ; l'article décrit un résultat de recherche.