Les chercheurs de l#39ICFO et de Qurv ont fabriqué un nouveau capteur d#39picture infrarouge à ondes courtes (SWIR) haute functionality basé sur des points quantiques colloïdaux non toxiques. Dans leur étude publiée dans Nature Photonics, ils rendent compte d#39une nouvelle méthode de synthèse de points quantiques colloïdaux non toxiques fonctionnels de haute qualité intégrables à la technologie complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur (CMOS).
Invisible à nos yeux, la lumière infrarouge à ondes courtes (SWIR) peut permettre une fiabilité, une fonctionnalité et des performances sans précédent dans les premières apps de vision par ordinateur à grand volume sur les marchés de la robotique de assistance, de l#39auto et de l#39électronique grand community. Les capteurs d#39images dotés de la sensibilité SWIR peuvent fonctionner de manière fiable dans des disorders défavorables telles que la lumière du soleil, le brouillard, la brume et la fumée. De moreover, la gamme SWIR fournit des sources d#39éclairage sans hazard pour les yeux et ouvre la possibilité de détecter les propriétés des matériaux grâce à l#39imagerie moléculaire.
La technologie de capteur d#39impression basée sur les details quantiques colloïdaux (CQD) offre une plate-forme technologique prometteuse pour permettre des capteurs d#39graphic compatibles à grand volume dans le SWIR. Les CQD, cristaux semi-conducteurs nanométriques, sont une plate-forme matérielle traitée en resolution qui peut être intégrée au CMOS et permet d#39accéder à la gamme SWIR. Cependant, il existe un impediment fondamental à la traduction des details quantiques sensibles au SWIR en une technologie clé pour les apps grand general public, vehicle ils contiennent souvent des métaux lourds comme le plomb ou le mercure (semi-conducteurs IV-VI Pb, Hg-chalcogénure). Ces matériaux sont soumis aux réglementations de la Restriction of Hazardous Substances (RoHS), une directive européenne qui réglemente leur utilisation dans les programs électroniques commerciales grand general public.
Dans une nouvelle étude publiée dans Mother nature Photonics, les chercheurs de l#39ICFO Yongjie Wang, Lucheng Peng et Aditya Malla dirigés par le professeur ICREA de l#39ICFO Gerasimos Konstantatos, en collaboration avec les chercheurs Julien Schreier, Yu Bi, Andres Black et Stijn Goossens, de Qurv, ont rendu compte du développement de photodétecteurs infrarouges hautes performances et d#39un capteur d#39picture infrarouge à ondes courtes (SWIR) fonctionnant à température ambiante et basé sur des factors quantiques colloïdaux non toxiques. L#39étude décrit une nouvelle méthode de synthèse de factors quantiques de tellurure d#39argent (Ag2Te) sans phosphine et de taille réglable, tout en préservant les propriétés avantageuses de leurs homologues traditionnels en métaux lourds, ouvrant la voie à l#39introduction de la technologie des points quantiques colloïdaux SWIR sur les marchés à grand volume.
En étudiant comment synthétiser des nanocristaux de tellurure d#39argent et de bismuth (AgBiTe2) pour étendre la couverture spectrale de la technologie AsBiS2 afin d#39améliorer les performances des dispositifs photovoltaïques, les chercheurs ont obtenu du tellurure d#39argent (Ag2Te) comme sous-produit. Ce matériau a montré une absorption confinée quantique forte et réglable, semblable aux details quantiques. Ils ont réalisé son potentiel pour les photodétecteurs SWIR et les capteurs d#39images et ont réorienté leurs endeavours pour réaliser et contrôler un nouveau processus permettant de synthétiser des variations sans phosphine de factors quantiques de tellurure d#39argent, car la phosphine s#39est avérée avoir un effects néfaste sur les propriétés optoélectroniques des factors quantiques. pertinent pour la photodétection.
Dans leur nouvelle méthode de synthèse, l’équipe a utilisé différents complexes sans phosphine, tels qu’un tellure et des précurseurs d’argent, ce qui leur a permis d’obtenir des details quantiques avec une distribution de taille bien contrôlée et des photos excitoniques sur une très massive gamme de spectre. Après leur fabrication et leur caractérisation, les nouveaux points quantiques synthétisés ont présenté des performances remarquables, avec des pics excitoniques distincts supérieurs à 1 500 nm – une réalisation sans précédent par rapport aux procedures précédentes basées sur la phosphine pour la fabrication de details quantiques.
Les chercheurs ont alors décidé de mettre en œuvre les points quantiques sans phosphine obtenus pour fabriquer un straightforward photodétecteur à l’échelle du laboratoire sur le substrat en verre recouvert d’ITO (oxyde d’étain d’indium) typical commun afin de caractériser les dispositifs et de mesurer ses propriétés. « Ces appareils à l#39échelle du laboratoire fonctionnent avec une lumière brillante provenant du bas. Pour les piles CQD intégrées CMOS, la lumière vient du haut, tandis que la partie inférieure de l#39appareil est captée par l#39électronique CMOS », commente Yongjie Wang, chercheur postdoctoral à l#39ICFO. et premier auteur de l#39étude. « Le premier défi que nous avons dû surmonter a donc été d#39inverser la configuration de l#39appareil. Un processus qui en théorie semble straightforward, mais qui s#39est en réalité révélé être une tâche difficile. »
Initialement, la photodiode présentait de faibles performances en matière de détection de la lumière SWIR, ce qui a conduit à une refonte intégrant une couche tampon. Cet ajustement a considérablement amélioré les performances du photodétecteur, ce qui a permis d#39obtenir une photodiode SWIR présentant une plage spectrale de 350 nm à 1 600 nm, une plage dynamique linéaire supérieure à 118 dB, une bande passante de -3 dB supérieure à 110 kHz et une détectivité à température ambiante de l#39ordre de 1012 Jones.
« Au meilleur de nos connaissances, les photodiodes rapportées ici ont pour la première fois réalisé des photodiodes infrarouges à ondes courtes non toxiques traitées en alternative avec des valeurs de mérite comparables à celles d#39autres homologues contenant des métaux lourds », Gerasimos Konstantatos, professeur ICREA à l#39ICFO. et auteur principal de l’étude. « Ces résultats confirment en outre le fait que les factors quantiques Ag2Te apparaissent comme un matériau prometteur conforme à la directive RoHS pour les apps de photodétecteurs SWIR à faible coût et hautes performances. »
Avec le développement réussi de ce photodétecteur basé sur des factors quantiques sans métaux lourds, les chercheurs sont allés furthermore loin et se sont associés à Qurv, une spin-off de l#39ICFO, pour démontrer son potentiel en construisant un capteur d#39image SWIR comme étude de cas. L#39équipe a intégré la nouvelle photodiode à un réseau de approach focal (FPA) à circuit intégré de lecture (ROIC) basé sur CMOS, démontrant pour la première fois une preuve de principle, non toxique, fonctionnant à température ambiante. Capteur d#39picture basé sur des details quantiques SWIR. Les auteurs de l#39étude ont testé l#39imageur pour prouver son fonctionnement dans le SWIR en prenant plusieurs pictures d#39un objet cible. Ils ont notamment pu imager la transmission de plaquettes de silicium sous la lumière SWIR ainsi que visualiser le contenu de bouteilles en plastique opaques dans le domaine de la lumière obvious.
« L#39accès au SWIR avec une technologie peu coûteuse pour l#39électronique grand community libérera le potentiel de cette gamme spectrale avec une vaste gamme d#39programs, notamment des systèmes de eyesight améliorés pour l#39industrie automobile (voitures), permettant la vision et la conduite dans des ailments météorologiques défavorables », déclare Gerasimos Konstantatos.. « La bande SWIR d#39environ 1,35 à 1,40 µm peut fournir une fenêtre de sécurité pour les yeux, sans lumière de fond dans des ailments jour/nuit, permettant ainsi la détection et la télémétrie de la lumière à longue portée (LiDAR), l#39imagerie tridimensionnelle pour l#39automobile, augmentée. purposes de réalité et de réalité virtuelle.
Les chercheurs souhaitent désormais augmenter les performances des photodiodes en concevant l’empilement de couches qui composent le dispositif photodétecteur. Ils souhaitent également explorer de nouvelles chimies de floor pour les factors quantiques Ag2Te afin d’améliorer les performances et la stabilité thermique et environnementale du matériau en route vers le marché.
