由石墨烯和量子点制成的 8 x 8 光电探测器阵列在一块透明石英上几乎不可见，并且可能会导致眼动追踪应用，其中图像传感器位于眼睛的正前方，而不是像原来那样位于侧面在当今的设备中
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，眼动追踪技术的应用范围不断扩大。
如今的视线跟踪依赖于以一定角度安装的笨重、不透明的硅基图像传感器，远离用户的直接视线，以避免分心。现在，巴塞罗那科学技术研究所和巴塞罗那初创公司Qurv Technologies的研究团队已经制造出灵活、近乎透明的图像传感器，可以隐藏在视线中。
“你可以拥有手机或笔记本电脑，其中整个屏幕都是一个传感器来检测手部动作。镜子或商店橱窗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。”—Frank Koppens，巴塞罗那科学技术学院
这些传感器由石墨烯和量子点制成，可以直接集成到眼镜或弧形挡风玻璃上，放置在用户眼前。弗兰克·科彭斯 (Frank Koppens) 表示，这可以减少眼动追踪硬件的体积，提高凝视检测的准确性，并降低计算复杂性。弗兰克·科彭斯是这项发表在ACS Photonics上的研究的共同领导者，并于 2020 年共同创立了 Qurv 。
“使用传统材料根本不可能将光电探测器集成到玻璃中，”Koppens 说。半透明传感器可以集成到眼镜中，而其读出电子设备则放置在镜框的侧面。透视图像传感器还可以实现许多其他用途。“你必须幻想，”他补充道。“你可以拥有手机或笔记本电脑，其中整个屏幕都是一个传感器来检测手部动作。镜子或商店橱窗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。”
眼球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 眼镜的顶部或汽车挡风玻璃的边缘或角落。
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异的导体，并且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，是优异的光吸收剂。
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 表示，它们吸收的光比传统的硅光电探测器少，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，与传统的硅光电探测器相当，足以用于眼球追踪。”
Koppens 和同事在十年前首次报道了这种基本的光电探测器，但自那时以来，效率和可扩展性都取得了长足的进步，他说。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 8 x 8 石墨烯量子点光电探测器像素阵列，每个像素尺寸为 60 x 140 微米。像素通过氧化铟锡（一种常用的透明电极材料）制成的电线连接到信号处理电子器件。研究人员将像素化的黑白图像投影到阵列上，并通过读取每个光电探测器的信号来重建它们。大多数图案都可以通过阵列重建，但它们并不完美。
科彭斯说，要提高性能，还需要做很多工作。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。
