Under de senaste 40 åren har mikroelektronik har avancerat med stormsteg tack vare kisel- och komplementär metalloxidhalvledarteknik (CMOS), möjliggör datorer, smartphones, kompakta och billiga digitalkameror, liksom de flesta elektroniska prylar vi litar på idag.

Dock, diversifieringen av denna plattform till andra applikationer än mikrokretsar och kameror för synligt ljus har hindrats av svårigheten att kombinera halvledare utan kisel med CMOS.

ICFO -forskare har nu övervunnit detta hinder, visar för första gången den monolitiska integrationen av en integrerad CMOS -krets med grafen, resulterar i en högupplöst bildsensor som består av hundratusentals fotodetektorer baserade på grafen och kvantpunkter (QD). De införlivade den i en digitalkamera som är mycket känslig för UV, synligt och infrarött ljus samtidigt. Detta har aldrig tidigare uppnåtts med befintliga bildsensorer. I allmänhet, denna demonstration av monolitisk integration av grafen med CMOS möjliggör ett brett spektrum av optoelektroniska applikationer, såsom optisk datakommunikation med låg effekt och kompakta och ultrakänsliga avkänningssystem.

Studien publicerades i Nature Photonics , och markerad på framsidan. Arbetet utfördes av ICFO i samarbete med företaget Graphenea. Grafens-QD bildsensorn tillverkades genom att ta PbS kolloidala kvantpunkter, avsätta dem på CVD-grafen och sedan avsätta detta hybridsystem på en CMOS-skiva med bildsensormattor och en avläsningskrets. Som Stijn Goossens kommenterar, "Det krävdes ingen komplex materialbearbetning eller tillväxtprocesser för att uppnå denna CMOS-bildsensor med grafen-kvantprick. Det visade sig vara enkelt och billigt att tillverka vid rumstemperatur och under omgivande förhållanden, vilket innebär en betydande minskning av produktionskostnaderna. Vidare, på grund av dess egenskaper, den kan enkelt integreras på flexibla underlag samt integrerade kretsar av CMOS-typ. "

"Vi konstruerade QD:erna för att sträcka sig till det korta infraröda spektrumet (1100-1900nm), till en punkt där vi kunde demonstrera och upptäcka atmosfärens nattsken på en mörk och klar himmel som möjliggjorde passiv nattsyn. Detta arbete visar att denna klass av fototransistorer kan vara vägen att gå för hög känslighet, låg kostnad, infraröda bildsensorer som arbetar vid rumstemperatur och hanterar den enorma infraröda marknaden som för närvarande törstar efter billig teknik, säger Goossens.

"Utvecklingen av denna monolitiska CMOS-baserade bildsensor representerar en milstolpe för lågkostnad, högupplösta bredbands- och hyperspektrala bildsystem, "säger ICREA -professor Frank Koppens. Han säger att" i allmänhet grafen-CMOS-teknik möjliggör ett stort antal applikationer som sträcker sig från säkerhet, säkerhet, billiga fickor och smarttelefonkameror, brandkontrollsystem, passiv mörkerseende och nattövervakningskameror, fordonssensorsystem, medicinsk bildbehandling applikationer, livsmedels- och läkemedelsinspektion till miljöövervakning, för att nämna några."