웨어러블에 사용하기 위한 초고성능 플렉서블 자외선 센서

인간의 눈에는 보이지 않지만 자외선은 우리 주변을 둘러싸고 있으며 과도한 노출은 피부암 및 조기 피부 노화와 같은 건강 문제를 일으킬 수 있습니다. 자외선의 강도는 일반적으로 기상 보고 시 지수를 통해 보고됩니다. 하루 종일 실제 개인의 UV 노출을 모니터링하는 티셔츠나 시계와 같은 웨어러블 장치는 태양 손상을 피하려는 사람들에게 유용하고 정확한 가이드가 될 것입니다.

NTU 연구원들은 유연한 UV 광 센서가 기존 센서보다 25배 더 민감하고 330배 더 민감하여 광전자 애플리케이션(광 기반 전자 장치)에 필요한 성능 수준을 초과한다고 보고했습니다.

광검출기라고도 하는 UV 광 센서는 스마트폰에서 생물 의학 이미징에 이르기까지 광범위한 시스템에서 사용됩니다. 지난 수십 년 동안 질화갈륨(GaN)은 주로 빛을 방출, 조절, 전송 및 감지하는 뛰어난 특성으로 인해 UV 광 센서를 제작하는 데 이상적인 재료로 두각을 나타냈습니다. 그러나 오늘날 대부분의 GaN 기반 UV 센서는 단단한 층으로 제작되어 유연하고 웨어러블 제품에 사용이 제한됩니다.

다른 곳의 연구원들이 유연한 GaN 기반 UV 센서를 개발했지만 최첨단 사용에 필요한 성능 수준에 도달하지 못했습니다. 그들의 가장 큰 도전 중 두 가지는 낮은 반응성과 낮은 감도입니다. NTU 팀은 두 개의 서로 다른 얇은 반도체 층으로 구성된 멤브레인을 사용하여 배열된 GaN 및 AlGaN(알루미늄 갈륨 질화물)의 독립형 단결정 층을 사용하여 직경 8인치의 반도체 웨이퍼에 유연한 UV 광 센서를 만들어 이러한 제약을 극복했습니다. (이종구조막).

이러한 유형의 반도체 구조는 기존의 산업적 호환 방법을 사용하여 제작할 수 있어 재료를 쉽게 구부릴 수 있어 플렉서블 센서에 사용하기에 이상적입니다. 동시에 재료의 화학적 조성은 깊이에 따라 변하기 때문에 변형이 가해져도 고성능이 유지됩니다.

실험실 테스트에서 NTU의 유연한 UV 광 센서는 여러 번의 굽힘 및 고온 테스트를 받는 동안에도 높은 수준의 반응성과 감도로 작동했습니다. 외부 변형(압축, 편평 및 인장)의 범위에서 센서는 529 – 1340A/W(광 신호를 전기 신호로 변환하는 장치의 능력을 측정하는 데 사용되는 단위) 사이의 응답 수준을 기록했습니다. 기존 UV 센서보다 약 100배 높은 수준이다. 이 반응성은 100번의 반복적인 굽힘 후에도 안정적으로 유지되어 웨어러블에 통합될 가능성을 보여줍니다.

“우리가 만든 고성능의 유연한 UV 광 센서는 개인 스마트 건강 모니터링과 같은 광범위한 미래 웨어러블 애플리케이션을 위한 길을 열어줍니다. 피부암”이라고 김문호 교수는 말했다. 전 세계적으로 가장 흔한 유형의 암 중 하나인 피부암은 주로 태양의 자외선에 과다 노출되어 발생합니다. 세계에서 피부암 발병률이 가장 높은 호주와 같은 지역에서는 70세가 될 때까지 약 3명 중 2명이 피부암 진단을 받을 것으로 추산됩니다. 암 연구 기금.

“피부암은 과도한 태양 노출로부터 피부를 보호함으로써 예방할 수 있습니다. 따라서 UV 노출을 추적할 수 있는 안정적인 웨어러블 장치는 특히 야외에서 많은 시간을 보내는 사람들에게 권장 노출을 모니터링하는 데 유용한 도구가 될 수 있다고 연구팀은 말했습니다.