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 Launchpadde 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
