研究人员使用石墨烯和量子点设计用于眼动追踪应用的半透明图像传感

ACS PHOTONICS

近年来，随着虚拟现实和增强现实设备、使驾驶更安全更高效的系统、计算机和辅助通信设备的免提控制以及疾病检测的发展，眼动追踪技术的应用范围越来越广。

如今，视线跟踪依赖于体积庞大、不透明的硅基图像传感器，这些传感器安装在远离用户直接视线的角度，以避免分心。现在，来自巴塞罗那科技学院和巴塞罗那初创公司Qurv Technologies的一组研究人员已经制造出了灵活、几乎透明的图像传感器，可以隐藏在视线中。

这些由石墨烯和量子点制成的传感器可以直接集成在眼镜或弧形挡风玻璃上，放置在用户眼前。这项研究的领导者们于 2020年创立了Qurv，Frank Koppens表示：这可以使眼动追踪硬件变得不那么笨重，提高凝视检测的准确性，并降低计算复杂性。”

Koppens说：“用传统材料将光电探测器集成到玻璃中是不可能的。” 半透明传感器可以集成到眼镜中，而它们的读出电子设备则放置在框架的侧面，透视图像传感器还可以实现许多其他用途。他补充道：“你可以在手机或笔记本电脑上，整个屏幕都是一个传感器，用来检测手的动作。镜子或橱窗可以在玻璃中集成智能传感器和摄像头，用来感知人类的手势。”

眼动追踪通常涉及从用户眼睛反射红外光，并使用图像处理算法分析反射信号，以测量眼睛位置、运动和瞳孔扩张等数据。发光二极管和一个或多个红外摄像头安装在远离视线的地方，例如沿着 VR/AR 眼镜的透镜边框。

为了制造半透明图像传感器，Koppens、Qurv首席技术官 Stijn Goossens及其同事结合了两种纳米材料的特性。原子厚的石墨烯是一种优秀的导体，也非常擅长将光子转化为电子和带正电的空穴，但它吸收的光很少。另一方面，作为半导体纳米晶体的量子点是极好的光吸收剂。

因此，研究小组将石墨烯沉积在透明的石英基板上，然后在其上涂上一层仅几十纳米厚的超薄量子点层。量子点吸收光子并将其传递到石墨烯，石墨烯将其转化为电压。

石墨烯-量子点光电探测器的透明度约为90%。Koppens说，它们比传统的硅光电探测器吸收的光更少，因此它们的整体性能“永远不可能处于同一水平”。但他补充道，它们将吸收的光转换为电信号的效率约为60%，“相当高，与传统的硅光探测器相当，足以进行眼睛跟踪。”

Koppens和他的同事在十年前首次报道了这种初级的光电探测器，但从那时起，效率和可扩展性都取得了长足的进步，他说。他们现在用石墨烯制作光电探测器，石墨烯是用普通的气相沉积技术在300纳米晶圆上生长的。