Forscher der Penn State University haben einen monolithischen 3D-Chip entwickelt, der vollständig mit Umgebungslicht arbeitet, ohne eine Batterie zu verwenden. Der integrierte Schaltkreis ist in der Lage, Berechnungen durchzuführen und Chemikalien zu erfassen und gleichzeitig Solarenergie zu nutzen, wodurch die Notwendigkeit eines häufigen Batteriewechsels an abgelegenen Orten minimiert wird.
Der Chip verfügt über ein Design, das Silizium-Photovoltaik, komplementäre MoS₂/WSe₂-Logik und chemische Graphen-Sensoren in einem Abstand von etwa 50 Nanometern stapelt. Diese kompakte Anordnung reduziert den Platzbedarf auf der Platine, Verkabelungsverluste und die Latenz, die mit herkömmlichen batteriebetriebenen Systemen verbunden sind.
Ingenieure suchen zunehmend nach batterieloser Elektronik, die erneuerbare Energien nutzt, um den Anforderungen des langlebigen Internets der Dinge (IoT) und Edge-Computing-Systemen gerecht zu werden. Saptarshi Das, einer der Autoren der Forschung, erklärte: „Wir haben gezeigt, dass heterogene Materialien – Silizium, Graphen, MoS₂ und WSe₂ – monolithisch in drei Dimensionen integriert werden können, um ein energieautarkes Sensor- und Computersystem zu schaffen.“
Die Graphensensoren erkennen Flüssigkeiten und senden elektrische Signale an die Logikschicht, wo die Daten verarbeitet werden. Das Silizium-Photovoltaikmodul an der Unterseite wandelt Umgebungslicht in Elektrizität um, um das Gerät mit Strom zu versorgen. Bei diesem Ansatz werden Teile der herkömmlichen Gerätearchitektur erheblich übersprungen.
Die Entwicklung demonstriert nicht nur die Leistungsfähigkeit eines kompakten, batterielosen Chips, sondern öffnet auch die Tür für größere 2D-Schaltkreise, die ähnliche Designprinzipien beinhalten könnten. Zukünftige Anwendungen könnten sich auf die Stromversorgung von IoT-Systemen an Orten konzentrieren, an denen der Zugang zur Batterie für Wartungszwecke schwierig ist.
