En els últims 40 anys, la
microelectrònica ha avançat increïblement gràcies a les tecnologies del silici
i de l'anomenat CMOS (semiconductor d'òxid de metall complementari), donant
lloc al desenvolupament de la informàtica, els telèfons intel·ligents, les
càmeres digitals compactes i de baix cost, així com la majoria dels aparells
electrònics dels que depenem avui dia.
No obstant això, la
diversificació d'aquesta plataforma en aplicacions que poden anar més enllà del
món dels microcircuits i les càmeres de llum visible s'ha vist impossibilitada
principalment per la dificultat de combinar semiconductors diferents al silici
amb la tecnologia CMOS. Però ara aquest obstacle ha aconseguit ser superat.
Investigadors de l'ICFO (Institut de Ciències Fotòniques) han demostrat per
primera vegada que es pot integrar de forma monolítica un circuit CMOS amb el
grafè. El resultat és un sensor d'imatge d'alta resolució compost per centenars
de milers de fotodetectors basats en grafè i punts quàntics (quantum dots).
La càmera digital creada amb
el sensor s'ha desenvolupat de tal manera que és, simultàniament, molt sensible
a la llum ultraviolada, visible i infraroja, una fita mai aconseguida fins ara
amb els sensors d'imatge existents. Aquesta demostració d'integració monolítica
de grafè amb tecnologia CMOS permet la seva utilització per a una àmplia gamma
d'aplicacions optoelectròniques, com ara comunicacions de dades òptiques de
baixa potència així com sistemes de detecció compactes i ultra sensibles.
L'estudi ha estat publicat a
la revista científica Nature Photonics,
i ha estat seleccionat com a imatge de portada. El treball va ser dut a terme
per investigadors de l'ICFO dirigits pels professors ICREA (Institució Catalana
de Recerca i Estudis Avançats) Frank Koppens
i Gerasimos Konstantatos, en
col·laboració amb l'empresa Graphenea.
Els científics van fabricar
el sensor d'imatge col·locant punts quàntics coloidals de sulfur de plom (PbS)
sobre grafè de tipus CVD i, posteriorment, dipositant aquest sistema híbrid
damunt d'una hòstia CMOS amb les unitats o píxels del sensor d'imatge i el
circuit de lectura integrat.
Un dels autors, Stijn
Goossens, explica: "Produir aquest
sensor d'imatge, basat en grafè-punts quàntics i tecnologia CMOS, no va suposar
dur a terme cap processat complex de materials ni implementar processos de
creixement laboriosos. Va resultar fàcil i barat fabricar-lo a temperatura
ambient i sota condicions ambientals, cosa que significa una disminució
considerable dels costos de producció. Encara més, per les seves propietats, es
pot integrar fàcilment en substrats flexibles, així com en circuits integrats
de tipus CMOS".
Al seu torn, el professor
Konstantatos, expert en grafè i punts quàntics, assenyala "hem dissenyat els punts quàntics per estendre l'espectre
infraroig proper (1100-1900nm), fins al punt que vam poder detectar la
resplendor nocturna de l'atmosfera en un cel fosc i clar, la qual cosa permet
visió nocturna passiva”.
Aquest treball demostra que
aquesta classe de fototransistors pot ser el camí a seguir per a sensors
infrarojos de baix cost, però d'alta sensibilitat, que poden operar a
temperatura ambient i, per tant, pot
ser d’enorme interès per a un mercat de tecnologies en l’infraroig que
actualment està assedegat de tecnologies barates.
"El desenvolupament d'aquest sensor
d'imatge monolític basat en tecnologia CMOS representa una fita per als
sistemes d'imatges de banda ampla i hiperespectrals de baix cost i alta resolució", destaca el professor Koppens. Assegura que,
en general, "la tecnologia grafè +
CMOS permetrà el desenvolupament d'una gran quantitat d'aplicacions, des de la
seguretat i vigilància, les càmeres de butxaca i els smartphones de baix cost, els sistemes de control d'incendis, la
visió nocturna passiva així com les càmeres de vigilància nocturna, els
sistemes de sensors per a automoció, els sistemes d'imatge per a medicina, la
inspecció d'aliments i productes farmacèutics o fins i tot la vigilància ambiental,
per anomenar-ne alguns".
Aquest projecte està
actualment en període d'incubació al Launchpad
de l'ICFO. L'equip està treballant amb l'equip de transferència de tecnologia
de l'institut per portar aquest descobriment, juntament amb la seva cartera
completa de patents d'imatges i tecnologies de detecció, al mercat.
Aquesta investigació ha estat
recolzada parcialment per la iniciativa europea grafè Flagship, el Consell
Europeu de Recerca, la Generalitat de Catalunya, la Fundació Cellex i el
programa d'Excel·lència Severo Ochoa del Govern d'Espanya.
Font: SINC
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada
Aquest és un blog amb moderador dels comentaris. Per tant, no apareixen immediatament