Güney Kore’de Kore Kimyasal Teknoloji Araştırma Enstitüsü (KRICT) ile Sungkyunkwan Üniversitesi’nden bir ekip, birden fazla ışık dalga boyunu aynı aygıtta algılayan yeni nesil geniş bant fotodedektör malzemesi geliştirdi. Dr. Wooseok Song ve Prof. Dae Ho Yoon liderliğindeki ortak çalışma, mevcut ticari malzemelere kıyasla çok daha geniş spektrum kapsayan algılama sağlarken, 6 inçlik gofret üzerinde uygun maliyetli sentez ile ölçeklenebilir üretim gösterdi.
GENİŞ BANT BİRLEŞTİRME
Fotodedektörler, uygulamaya göre görünür, yakın Kızılötesi (NIR), orta Kızılötesi (MWIR) ve uzun dalga Kızılötesi (LWIR) olarak ayrılıyor ve sahada birden çok sensör kullanımını gerektiriyordu. Otonom araçlar, askeri İHA’lar ya da güvenlik sistemleri, gün ışığı görüntüleme, mesafe ölçümü ve gece/ısı imzası tespiti gibi farklı görevleri ayrı modüllerle çözüyor. Ekip, geniş bandı tek cihazda toplayan malzemeyle bu çoklu mimariyi sadeleştirmeyi hedefliyor.
MALZEME SIRRI AÇIK
Araştırmada, 2B yarı iletken kalay selenitten (SnSe) tellür (Te) ikamesiyle türetilen topolojik kristal yalıtkan SnSe₀.₉Te₀.₁ tercih edildi. Topolojik kristal yalıtkanlar (TCI), dar bant aralığı sayesinde MWIR ve LWIR algılamaya olanak verirken yüksek kararlılığı da koruyor.
TCI yapısının yüzey durumlarındaki serbest elektron hareketi, düşük enerjili fotonların (örneğin insan parmağının yaydığı ince LWIR termal radyasyon) algılanmasını mümkün kılıyor. Böylece malzeme, 0,5–9,6 μm aralığında geniş bant ve yüksek hassasiyet sunuyor; bu da 0,4–1,2 μm ile sınırlı kalan geleneksel 2B yarı iletkenlere kıyasla yaklaşık 8 kat geniş kapsam anlamına geliyor.
ZOR KOŞULLARDA KARARLILIK
Ekip, yeni malzemenin yüksek sıcaklık, yüksek nem ve su altı koşullarında dahi kararlı kaldığını bildirdi. İnce ve hafif yapısı, giyilebilir elektronikler dâhil kompakt uygulamalara uyum sağlıyor. Bu dayanıklılık profili, dış ortam ve savunma kullanımına dönük geleneksel 2B sensörlerde görülen kararlılık sorunlarını aşıyor.
UYGUN MALİYET HEDEFİ
Klasik TCI sentezi genellikle MBE (moleküler ışın epitaksisi) gibi pahalı, ultra yüksek vakum sistemlerine bağımlı. Ekip, SnSe₀.₉Te₀.₁ kompozisyonunu topolojik özellikleri koruyacak biçimde tasarlayarak, çözelti tabanlı termal ayrıştırma ile düşük maliyetli sentez gerçekleştirdi.
Bu yöntem, mevcut yarı iletken süreçleriyle uyumlu biçimde avuç içi büyüklüğünde 6 inç yonga üzerinde homojen üretim sağlıyor. Araştırmacılar, teknolojiyi 8 inç ve üzeri gofretlere taşımak için genişletme çalışmalarını sürdürüyor; sensör dizileri ve devre entegrasyonu ile tam modül geliştirme aşamasına geçiliyor.
TEK MODÜL, ÇOK GÖREV
Geniş bant algılamanın tek cihazda toplanması; otonom araçların gündüz görünür ışık kamerası, NIR/LiDAR mesafe ölçümü ve MWIR/LWIR gece ısı hedef tespitini tek sensör modülü altında birleştirebileceği anlamına geliyor. Benzer şekilde askeri İHA’lar, akıllı saatler, ev içi IoT güvenlik ve çevresel izleme sistemleri, daha basit donanım mimarisi ve düşük üretim maliyeti avantajı elde edecek.
KURUM GÖRÜŞLERİ
Proje ekibi, malzemenin saha uygulamalarına hızla uyarlanabileceğini belirtiyor. Dr. Wooseok Song, çözüme otonom araçlardan askeri dronlara, akıllı giyilebilirlerden ev IoT güvenliğine uzanan geniş bir uygulama yelpazesi atfetti.
KRICT Başkanı Young-Kuk Lee, bu atılımın pahalı ithal geniş bant sensörlerin yerini alacak bir dönüm noktası olduğunu ve yüksek performanslı yerli üretim sensörlerin önünü açacağını vurguladı.
