Un nuovo tipo di sensori ottenuto dall’integrazione tra grafene e CMOS

Sensore ottenuto dall'integrazione grafene-CMOS (Immagine cortesia ICFO/ D. Bartolome)
Sensore ottenuto dall’integrazione grafene-CMOS (Immagine cortesia ICFO/ D. Bartolome)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature Photonics” descrive lo sviluppo della prima fotocamera basata sul grafene. Un team di ricercatori dell’Istituto di scienze fotoniche (Institute of Photonic Sciences-ICFO) ha integrato un circuito integrato di tipo CMOS con il grafene creando un sensore di immagini ad alta risoluzione costituito da centinaia di migliaia di fotorivelatori basati su grafene e punti quantici. La fotocamera è sensibile allo stesso tempo a ultravioletti, luce visibile e infrarossi.

Il grafene è acclamato da anni come un materiale rivoluzionario nel campo dell’elettronica ma la sua inclusione in dispositivi è ancora problematica. Nel caso di fotocamere e videocamere digitali il problema era nel trovare il modo di combinare semiconduttori diversi dal silicio con CMOS (Complementary metal-oxide semiconductors), un tipo di tecnologia utilizzata per progettare circuiti integrati.

I ricercatori dell’ICFO sono riusciti a trovare una soluzione a questo problema che ha permesso di creare una fotocamera con caratteristiche superiori a quelle basate su circuiti in silicio grazie alla sua sensibilità a una vasta gamma di lunghezze d’onda. L’integrazione tra grafene e CMOS potrà aprire la via a molte applicazioni optoelettroniche come le comunicazioni di dati ottici a bassa potenza e la produzione di sensori compatti e dotati di notevole sensibilità.

Il problema dell’integrazione grafene-CMOS è stato risolto prendendo punti quantici colloidali fatti di solfuro di piombo (PbS) e depositandoli su grafene prodotto con la tecnica della deposizione chimica da vapore (Chemical Vapor Deposition, CVD) e successivamente depositando questo sistema ibrido su un wafer CMOS con le sottili piastrine chiamate in gergo “die” che hanno l’immagine dei sensori e il circuito specificamente usato per la rilevazione della luce.

Stijn Goossens, uno degli autori della ricerca, ha puntualizzato che questi sensori sono stati creati usando processi semplici ed economici da implementare senza la necessita di lavorazioni complesse di materiali. Si tratta di processi avvenuti a temperatura e condizioni ambientali perciò non richiedono ulteriori lavorazioni che aumenterebbero i costi. In sostanza, si tratta di un tipo di processo che può essere facilmente integrato su circuiti integrati CMOS.

Il professor Frank Koppens dell’ICFO ha parlato anche della possibilità di produrre sensori a basso costo per tante altre applicazioni, per dispositivi elettronici come gli smartphone ma anche per sistemi di controllo antincendio e altri sistemi di sicurezza e tante altro ancora. Superato l’ostacolo nella loro produzione è possibile che il momento del grafene in questo campo sia davvero arrivato.

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