Нові форми технологій тонкоплівкових пристроїв, засновані на альтернативних напівпровідникових матеріалах, таких як придатні для друку органічні речовини, нановуглецеві алотропи та оксиди металів, можуть сприяти більш економічно та екологічно стійкому Інтернету речей (IoT), передбачає міжнародна група під керівництвом KAUST.
Інтернет речей повинен вплинути на повсякденне життя і багато галузей. Він з’єднує та полегшує обмін даними між безліччю інтелектуальних об’єктів різної форми та розміру, таких як системи домашньої безпеки з дистанційним керуванням, безпілотні автомобілі, оснащені датчиками, що виявляють перешкоди на дорозі, та заводське обладнання з регульованою температурою по всьому світу. Інтернет та інші сенсорні та комунікаційні мережі.
Очікується, що до наступного десятиліття ця гіпермережа, що бурхливо розвивається, охопить трильйони пристроїв, що збільшить кількість сенсорних вузлів, розгорнутих на її платформах. Поточні підходи, що використовуються для живлення вузлів датчиків, засновані на технології батарей, але батареї потребують регулярної заміни, що з часом є дорогим та шкідливим для навколишнього середовища.
Крім того, нинішнє глобальне виробництво літію для акумуляторних матеріалів може не встигати за зростаючим попитом на енергію через збільшення кількості датчиків. Вузли датчиків з бездротовим живленням можуть допомогти у створенні стійкого Інтернету речей шляхом вилучення енергії з навколишнього середовища з використанням так званих збирачів енергії, таких як фотоелектричні елементи та збирачі енергії радіочастот (RF), серед інших технологій. Електроніка великої площі може відіграти ключову роль використання цих джерел живлення.
Випускники KAUST Калайванан Логанатан разом із Томасом Антопулосом та його колегами оцінили життєздатність різних електронних технологій для великих площ та їх потенціал для створення екологічно безпечних датчиків IoT з бездротовим живленням. Електроніка великої площі недавно стала привабливою альтернативою традиційним технологіям на основі кремнію завдяки значному прогресу в обробці на основі розчинів, який спростив друк пристроїв та схем на гнучких підкладках великої площі. Їх можна виробляти за низьких температур і на біорозкладних підкладках, таких як папір, що робить їх більш екологічними, ніж їх аналоги на основі кремнію.
За минулі роки команда Антопулоса розробила низку радіочастотних електронних компонентів, у тому числі напівпровідникові пристрої на основі оксидів металів та органічних полімерів, відомих як діоди Шоттки. “Ці пристрої є найважливішими компонентами бездротових збирачів енергії й зрештою визначають продуктивність і вартість сенсорних вузлів”, – говорить Логанатан.
Ключовий внесок команди KAUST включає методи виробництва ВЧ-діодів, що масштабуються, для збору енергії, що досягає частотного діапазону 5G/6G. “Такі технології забезпечують необхідні будівельні блоки для більш стійкого способу живлення мільярдів сенсорних вузлів у найближчому майбутньому”, – каже Антопулос. Команда досліджує монолітну інтеграцію цих малопотужних пристроїв з антеною та датчиками, щоб продемонструвати їхній справжній потенціал, додає Логанатан.