(Phys.org) —La maggior parte delle odierne fotocamere digitali ottiene il colore utilizzando il rosso, verde, e filtri colorati blu Bayer attraverso i quali la luce passa verso i sensori di immagine della fotocamera, che poi convertono la luce in segnali elettrici. Sebbene questa tecnologia di filtri colorati sia molto diffusa, presenta alcuni svantaggi legati alla durabilità, basso coefficiente di assorbimento, e complessità di fabbricazione. Inoltre, la luce assorbita nel filtro colore non può essere convertita in fotocorrente. Per massimizzare l'efficienza nelle tendenze di maggiore densità di pixel, questa luce deve essere convertita in fotocorrente.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno studiato nuovi modi per ottenere il colore nelle fotocamere digitali che non si basano sui filtri coloranti organici convenzionali. In un nuovo articolo pubblicato su Nano lettere , un team di ricercatori dell'Università di Harvard a Cambridge, Massachusetts, e Zena Technologies Inc., a Topsfield, Massachusetts, hanno presentato un nuovo approccio senza filtri all'imaging a colori. La tecnica utilizza nanofili di silicio con raggi diversi per assorbire lunghezze d'onda specifiche, e così i colori, di luce e converte la luce in fotocorrente.

"Il nostro approccio basato su nanofili esegue l'imaging a colori senza filtri colorati convenzionali, " ha detto il coautore Kenneth B. Crozier dell'Università di Harvard Phys.org . "Questo ha due grandi vantaggi. Primo, il nostro approccio semplifica il processo di fabbricazione. I pixel del sensore di immagine basati su nanowire con diverse risposte cromatiche possono essere definiti contemporaneamente attraverso un'unica fase di litografia. Ciò significa che non sono necessari materiali aggiuntivi o passaggi di deposizione ripetuti per separare i colori. Secondo, il nostro approccio apre la strada all'aumento dell'efficienza di un sensore di immagine. Ogni nanofilo cattura la luce di un colore specifico, e lo converte in fotocorrente. Se aggiungiamo il fotorilevatore del substrato, possiamo catturare il resto dello spettro. In questo modo, il sensore di immagine può avere una maggiore efficienza, poiché i fotoni non verrebbero eliminati dai filtri assorbenti."

Il nuovo approccio sfrutta le proprietà ottiche ed elettriche uniche dei nanofili semiconduttori unidimensionali. Precedenti ricerche hanno dimostrato che i nanofili di silicio assorbono lunghezze d'onda della luce che variano con il raggio del nanofilo, consentendo il controllo dell'assorbimento della luce fabbricando nanofili con raggi controllati utilizzando una singola fase di litografia. Però, fino ad ora non sono stati eseguiti esperimenti di imaging a colori con nanofili di silicio, in parte a causa della difficoltà nell'assemblare un gran numero di nanofili in array.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno fabbricato con successo matrici 100 x 100 di nanofili verticali con raggi di 80, 100, 120, e 140nm, consentendo ai nanofili di assorbire diverse lunghezze d'onda della luce. I ricercatori hanno dimostrato che questi fotorilevatori basati su nanofili possono fotografare immagini a colori di scene di test e la scheda Macbeth ColorChecker con una qualità molto simile a quella ottenuta con una fotocamera convenzionale.

La nuova tecnica di imaging a colori senza filtri presenta alcuni vantaggi chiave rispetto alla tecnica di filtraggio convenzionale, con forse il più importante è una maggiore efficienza di assorbimento che consente densità di pixel più elevate e risoluzione più elevata. I ricercatori prevedono che l'aggiunta di un fotorilevatore inferiore all'array di nanofili renderebbe possibile, in linea di principio, affinché il dispositivo assorba tutta la luce in ingresso e la converta in fotocorrente. Un tale dispositivo ha il potenziale per efficienze fotoniche estremamente elevate rispetto ai dispositivi basati su filtri, che per loro natura assorbono circa la metà della luce in ingresso prima che raggiunga il sensore di immagine. La maggiore efficienza aprirebbe quindi la strada a fotocamere con risoluzioni più elevate. Oltre a una maggiore efficienza, questo approccio semplifica il processo di fabbricazione. Come spiegano i ricercatori, i pixel con diverse risposte cromatiche possono essere definiti contemporaneamente attraverso un unico passaggio di litografia.

Per di più, i fotorilevatori basati su nanofili offrono anche l'opportunità per l'imaging multispettrale. Le telecamere utilizzano immagini multispettrali per catturare la luce a diverse frequenze dello spettro, comprese le frequenze oltre la gamma della luce visibile. Con il nuovo metodo, diverse parti dello spettro possono essere mirate per l'assorbimento fabbricando nanofili con raggi specifici, un processo relativamente semplice rispetto alla fabbricazione di filtri e altri metodi. I ricercatori hanno in programma di lavorare per migliorare ulteriormente i fotorilevatori in futuro.

"Stiamo attualmente lavorando per incorporare fotorilevatori di substrato per aumentare l'efficienza come abbiamo detto sopra, ", ha affermato il coautore Hyunsung Park dell'Università di Harvard. "Inoltre, stiamo sviluppando fotorivelatori ellittici basati su nanofili per l'imaging con risoluzione della polarizzazione. L'ostacolo principale per la commercializzazione è il livello di corrente oscura più elevato di questi dispositivi, per il fatto che sono prodotti per incisione. Questo deriva dal fatto che ci sono molti stati di superficie, a causa dell'ampio rapporto superficie-volume dei nanofili e dei danni alla struttura del cristallo di silicio causati dall'incisione a secco. Riteniamo che questo problema verrà risolto in futuro attraverso un processo di fabbricazione alternativo o aggiungendo strati di passivazione".

© 2014 Phys.org. Tutti i diritti riservati.