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器

来自巴塞罗那科学技术研究所（ICFO）和巴塞罗那初创公司Qurv Technologies的一组研究人员设计了灵活的、近乎透明的石墨烯增强图像传感器，可以隐藏在明显的视线中。

基于石墨烯和量子点的传感器可以直接集成到眼镜或弧形挡风玻璃上，放置在用户的眼前。Frank Koppens表示，这可以使眼动追踪硬件不那么笨重，提高凝视检测的准确性，并降低计算复杂性。Frank Koppens是这项研究的共同负责人，并于2020年共同创立了Qurv。

他说道：“在镜子或商店橱窗中，可以将智能传感器和摄像头集成到玻璃中来感知人类手势，而使用传统材料根本不可能将光电探测器集成到玻璃中”。

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，透明图像传感器可以实现许多其他用途。

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。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。

为了制造半透明的图像传感器，Koppens、Qurv首席技术官Stijn Goossens和他们的同事结合了两种纳米材料的特性。石墨烯是一种优良的导体，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，量子点是半导体纳米晶体，是优良的光吸收剂。

因此，该团队将石墨烯沉积在透明的石英基板上，然后涂上一层只有几十纳米厚的超薄量子点层。量子点吸收光子并将其传递给石墨烯，石墨烯将它们转换为电压。

据说石墨烯-量子点光电探测器的透明度约为90%。Koppens表示，它们比传统的硅光电探测器吸收更少的光，因此它们的整体性能“永远无法达到同一水平”。但他补充说，它们以约60%的效率将吸收的光转换为电信号，这“相当高，与传统的硅光电探测器相当，足以用于眼动追踪”。

Koppens及其同事在十年前首次报道了这种基本的光电探测器，自那时以来，效率和可扩展性都取得了长足的进步。他们现在使用常见的气相沉积技术在300纳米晶圆上生长石墨烯来制造光电探测器。

作为演示，研究人员制作了一个8x8的石墨烯量子点光电探测器像素阵列，每个像素的大小为60x140微米。像素通过由铟锡（一种常用的透明电极材料）制成的导线连接到信号处理电子设备。研究人员将像素化的黑白图像投射到阵列上，并通过读取来自每个光电探测器的信号来重建它们。大多数模式都可以由阵列重建，但它们并不完美。

Koppens表示提高绩效还需要做更多的工作，Qurv的研究人员现在计划进一步提高图像传感器的分辨率和速度，并开发方法以可靠地大规模生产它们。