29.05.2017 - 17:35
MADRID, 29 (EUROPA PRESS)
Investigadors de l’Institut de Ciències Fotòniques de Barcelona (ICFO, per les seves sigles en anglès) ha desenvolupat la primera càmera basada en grafè capaç de detectar simultàniament llum ultraviolada, visible i infraroja, la qual cosa la permetrà ser utilitzada per a aplicacions com la visió nocturna, la inspecció d’aliments, el control d’incendis, o la visió sota condicions climàtiques extremes.
En concret, han demostrat per primera vegada la integració monolítica d’un circuit integrat CMOS (semiconductor complementari d’òxid metàl·lic) amb grafè, resultant en un sensor d’imatge d’alta resolució compost per centenars de milers de fotodetectors basats en grafè i punts quàntics (Quàntum Dots). Aquesta càmera digital suposa un assoliment mai aconseguit 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, tals com comunicacions de dades òptiques de baixa potència, així com sistemes de detecció compactes i ultra sensibles.
L’estudi ha estat publicat en la revista científica ‘Nature Photonics’, i ha estat seleccionat com a imatge de portada. El treball va ser dut a terme pels investigadors de l’ICFO Stijn Goossens, Gabriele Navickaite, Carles Monasterio, Schuchi Gupta, Juan José Piqueras, Raúl Pérez, Gregory Burwell, Ivan Nitkitsky, Tania Lasanta, Teresa Galán, Eric Puma, dirigits pels professors de la Institució Catalana d’Investigació i Estudis Avançats (ICREA), Frank Koppens i Gerasimos Konstantatos, en col·laboració amb l’empresa Graphenea.
Els investigadors van fabricar el sensor d’imatge col·locant punts quàntics coloidals de PbS sobre grafè de tipus CVD i, posteriorment, dipositant aquest sistema híbrid damunt d’una CMOS amb les unitats o píxels del sensor d’imatge i el circuit de lectura integrat.
“Produir aquest sensor d’imatge, basat en grafè-punts quàntics i tecnologia CMOS, no va suposar dur a terme cap processament complex de materials ni implementar processos de creixement laboriosos –ressalta un dels investigadors, Stijn Goossens–. Va resultar fàcil i barat fabricar-lo a temperatura ambient i sota condicions ambientals, la qual cosa significa una disminució considerable dels costos de producció. Encara més, a causa de les seves propietats, es pot integrar fàcilment en substrats flexibles, així com en circuits integrats de tipus CMOS”.
Al seu torn, el professor d’ICREA en l’ICFO, Gerasimos Konstantatos, expert en grafè i punts quàntics, ha explicat com ha estat el disseny de la càmera. “Hem dissenyat els punts quàntics per estendre a l’espectre infraroig proper (1100-1900nm), a tal punt que vam poder detectar la resplendor nocturna de l’atmosfera en un cel fosc i clar, la qual cosa permet visió nocturna passiva”, descriu el professor, que afegeix que 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”. Aquests sensors, segons comenta, poden operar temperatura ambient, i per tant poden 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 en l’ICFO Frank Koppens.
Segons assegura, 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 esmentar alguns.
Aquest projecte està actualment en període d’incubació en el 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 tingut el suport de la iniciativa europea ‘Graphene Flagship’, el Consell Europeu d’Investigació, la Generalitat de Catalunya, la Fundació Cellex i el programa d’Excel·lència Severo Ochoa del Govern d’Espanya.
