(Phys.org) —Rice University-forskare har skapat en CMOS-kompatibel, biomimetisk färgfotodetektor som reagerar direkt på rött, grönt och blått ljus på ungefär samma sätt som det mänskliga ögat gör.

Den nya enheten skapades av forskare vid Rices laboratorium för nanofotonik (LANP) och beskrivs online i en ny studie i tidskriften Avancerade material . Den använder ett aluminiumgaller som kan läggas till kiselfotodetektorer med kiselmikrochipindustrins grundpelare, "komplementär metalloxid halvledare, "eller CMOS.

Konventionella fotodetektorer omvandlar ljus till elektriska signaler men har ingen inneboende färgkänslighet. För att ta färgbilder, fotodetektortillverkare måste lägga till färgfilter som kan skilja en scen till rött, gröna och blå färgkomponenter. Denna färgfiltrering görs vanligtvis med dielektriska eller färgfärgade filter utanför chip, som försämras under exponering för solljus och kan också vara svårt att anpassa sig till bildsensorer.

"Dagens färgfiltreringsmekanismer involverar ofta material som inte är CMOS-kompatibla, men detta nya tillvägagångssätt har fördelar utöver integration på chip, "sa LANP -chefen Naomi Halas, ledande forskare på studien. "Det är också mer kompakt och enkelt och närmare efterliknar hur levande organismer" ser "färger.

Biomimik var ingen slump. Färgfotodetektorn härrör från ett forskningsprogram på 6 miljoner dollar finansierat av Office of Naval Research som syftade till att efterlikna bläckfiskhud med hjälp av "metamaterial, "föreningar som suddar ut gränsen mellan material och maskin.

Bläckfisk som bläckfisk och bläckfisk är mästare i kamouflage, men de är också färgblinda. Halas sa att forskargruppen "bläckfiskhud", som inkluderar marinbiologer Roger Hanlon från Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massa., och Thomas Cronin från University of Maryland, Baltimore County, misstänker att bläckfisk kan upptäcka färg direkt genom huden.

Baserat på den hypotesen, LANP -doktorand Bob Zheng, huvudförfattare till den nya Advanced Materials -studien, bestämde sig för att designa ett fotoniskt system som kunde upptäcka färgat ljus.

"Bob har skapat en biomimetisk detektor som efterliknar det vi hypoteserar att bläckfiskhuden ser, '"Sa Halas." Detta är ett bra exempel på den öde som kan uppstå i laboratoriet. I sökandet efter ett svar på en specifik forskningsfråga, Bob har skapat en enhet som är mycket mer praktisk och allmänt tillämpbar. "

Zhengs färgfotodetektor använder en kombination av bandteknik och plasmoniska galler, kammliknande aluminiumstrukturer med rader av parallella slitsar. Med hjälp av elektronstråleindunstning, som är en vanlig teknik vid CMOS -bearbetning, Zheng avsatte ett tunt lager aluminium på en kiselfotodetektor toppad med en ultratunn oxidbeläggning.

Färgval utförs genom att använda störningseffekter mellan det plasmoniska gallret och fotodetektorns yta. Genom att noggrant justera oxidtjockleken och slitsens bredd och avstånd, Zheng kunde företrädesvis rikta olika färger in i kiselfotodetektorn eller reflektera tillbaka det i fritt utrymme.

De metalliska nanostrukturerna använder ytplasmoner - vågor av elektroner som flyter som en vätska över metallytor. Ljus med en specifik våglängd kan excitera en plasmon, och LANP -forskare skapar ofta enheter där plasmoner interagerar, ibland med dramatiska effekter.

"Med plasmoniska gitter, inte bara får du färgjusterbarhet, du kan också förbättra nära fält, "Sade Zheng." Nära fältinteraktionen ökar absorptionstvärsnittet, vilket innebär att gallret fungerar som sin egen lins. Du får denna ljusstrålning till ett koncentrerat område.

"Vi använder inte bara fotodetektorn som en förstärkare, vi använder också det plasmoniska färgfiltret som ett sätt att öka mängden ljus som går in i detektorn, " han sa.