巴塞羅那科學技術研究所：研究人員使用石墨烯和量子點設計用于眼動追蹤應用的半透明圖像傳感器

來自巴塞羅那科學技術研究所（ICFO）和巴塞羅那初創公司Qurv Technologies的一組研究人員設計了靈活的、近乎透明的石墨烯增強圖像傳感器，可以隱藏在明顯的視線中。

基于石墨烯和量子點的傳感器可以直接集成到眼鏡或弧形擋風玻璃上，放置在用戶的眼前。Frank Koppens 表示，這可以使眼動追蹤硬件不那么笨重，提高凝視檢測的準確性，并降低計算復雜性。Frank Koppens是這項研究的共同負責人，并于 2020 年共同創立了 Qurv。

他說道：“在鏡子或商店櫥窗中，可以將智能傳感器和攝像頭集成到玻璃中來感知人類手勢，而使用傳統材料根本不可能將光電探測器集成到玻璃中"。

半透明傳感器可以集成到眼鏡中，而它們的讀出電子設備則放置在框架的側面，透明圖像傳感器可以實現許多其他用途。

眼動追蹤通常涉及從用戶眼睛反射紅外光，并使用圖像處理算法分析反射信號，以測量眼睛位置、運動和瞳孔擴張等。發光二極管和一個或多個紅外攝像頭安裝在遠離視線的地方，例如沿著 VR/AR 眼鏡的透鏡邊框。

為了制造半透明的圖像傳感器，Koppens、Qurv 技術官 Stijn Goossens 和他們的同事結合了兩種納米材料的特性。石墨烯是一種優良的導體，也非常擅長將光子轉化為電子和帶正電的空穴，但它吸收的光很少。另一方面，量子點是半導體納米晶體，是優良的光吸收劑。

因此，該團隊將石墨烯沉積在透明的石英基板上，然后涂上一層只有幾十納米厚的超薄量子點層。量子點吸收光子并將其傳遞給石墨烯，石墨烯將它們轉換為電壓。

據說石墨烯-量子點光電探測器的透明度約為 90%。Koppens 表示，它們比傳統的硅光電探測器吸收更少的光，因此它們的整體性能“永遠無法達到同一水平"。但他補充說，它們以約 60% 的效率將吸收的光轉換為電信號，這“相當高，與傳統的硅光電探測器相當，足以用于眼動追蹤"。

Koppens 及其同事在十年前報道了這種基本的光電探測器，自那時以來，效率和可擴展性都取得了長足的進步。他們現在使用常見的氣相沉積技術在 300 納米晶圓上生長石墨烯來制造光電探測器。

作為演示，研究人員制作了一個 8x8 的石墨烯量子點光電探測器像素陣列，每個像素的大小為 60x140 微米。像素通過由銦錫（一種常用的透明電極材料）制成的導線連接到信號處理電子設備。研究人員將像素化的黑白圖像投射到陣列上，并通過讀取來自每個光電探測器的信號來重建它們。大多數模式都可以由陣列重建，但它們并不。

Koppens 表示提高績效還需要做更多的工作，Qurv 的研究人員現在計劃進一步提高圖像傳感器的分辨率和速度，并開發方法以可靠地大規模生產它們。