Negli ultimi 40 anni, la microelettronica ha fatto passi da gigante grazie alla tecnologia del silicio e dei semiconduttori a ossido di metallo complementare (CMOS), abilitando l'informatica, smartphone, fotocamere digitali compatte ed economiche, così come la maggior parte dei gadget elettronici su cui ci affidiamo oggi.

Però, la diversificazione di questa piattaforma in applicazioni diverse dai microcircuiti e dalle telecamere a luce visibile è stata ostacolata dalla difficoltà di combinare semiconduttori non in silicio con CMOS.

I ricercatori ICFO hanno ora superato questo ostacolo, mostrando per la prima volta l'integrazione monolitica di un circuito integrato CMOS con grafene, risultando in un sensore di immagine ad alta risoluzione composto da centinaia di migliaia di fotorivelatori basati su grafene e punti quantici (QD). L'hanno incorporato in una fotocamera digitale altamente sensibile ai raggi UV, luce visibile e infrarossa contemporaneamente. Questo non è mai stato raggiunto prima con i sensori di imaging esistenti. Generalmente, questa dimostrazione di integrazione monolitica del grafene con CMOS consente un'ampia gamma di applicazioni optoelettroniche, come comunicazioni di dati ottici a bassa potenza e sistemi di rilevamento compatti e ultra sensibili.

Lo studio è stato pubblicato su Fotonica della natura , ed evidenziato nell'immagine di copertina. Il lavoro è stato realizzato da ICFO in collaborazione con la società Graphenea. Il sensore di immagine grafene-QD è stato fabbricato prendendo punti quantici colloidali di PbS, depositandoli sul grafene CVD e successivamente depositando questo sistema ibrido su un wafer CMOS con die del sensore di immagine e un circuito di lettura. Come commenta Stijn Goossens, "Non sono stati necessari processi di crescita o elaborazione dei materiali complessi per ottenere questo sensore di immagine CMOS a punti quantici grafene. Si è rivelato facile ed economico da fabbricare a temperatura ambiente e in condizioni ambientali, il che significa una notevole diminuzione dei costi di produzione. Per di più, per le sue proprietà, può essere facilmente integrato su substrati flessibili e circuiti integrati di tipo CMOS."

"Abbiamo progettato i QD per estenderli al corto raggio infrarosso dello spettro (1100-1900 nm), a un punto in cui siamo stati in grado di dimostrare e rilevare il bagliore notturno dell'atmosfera su un cielo scuro e chiaro consentendo una visione notturna passiva. Questo lavoro mostra che questa classe di fototransistor può essere la strada da percorrere per l'alta sensibilità, basso costo, sensori di immagini a infrarossi operanti a temperatura ambiente rivolti all'enorme mercato dell'infrarosso che è attualmente assetato di tecnologie a basso costo, "dice Goossens.

"Lo sviluppo di questo sensore di immagine monolitico basato su CMOS rappresenta una pietra miliare per i prodotti a basso costo, sistemi di imaging a banda larga e iperspettrale ad alta risoluzione, " afferma il professor Frank Koppens dell'ICREA. Dice che "in generale, La tecnologia grafene-CMOS consentirà un vasto numero di applicazioni che vanno dalla sicurezza, sicurezza, fotocamere tascabili e per smartphone a basso costo, sistemi di controllo del fuoco, telecamere passive per la visione notturna e la sorveglianza notturna, sistemi di sensori automobilistici, applicazioni di imaging medico, dall'ispezione alimentare e farmaceutica al monitoraggio ambientale, per dirne alcuni."