Un APN qui peut voir le visible et l’invisible en même temps
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Un appareil photo qui peut voir les rayons visibles et infrarouges en même temps grâce au graphène et aux boites quantiques (points quantiques).
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Au cours des 40 dernières années, la microélectronique a avancé à pas de géant grâce à la technologie du silicium et du CMOS (Complementary metal oxide semi-conductor) ce qui nous a donné l’informatique, les smartphones, les appareils photo numériques compacts et peu coûteux ainsi que la plupart des appareils électroniques dans notre vie quotidienne.
Mais la diversification de cette plateforme dans d’autres applications que les microcircuits et les caméras de lumière visible a été entravée par la difficulté de combiner des semi-conducteurs avec d’autres matériaux que le silicium dans le CMOS.
Désormais, les chercheurs de l’ICFO ont montré pour la première fois l’intégration monolithique d’un circuit intégré CMOS avec du graphène ce qui permet d’avoir un capteur d’image en haute résolution composée de centaines de milliers de photodétecteurs à base de graphène et de boites quantiques (QD ou Quantum Dot). Ils l’ont utilisé comme un appareil photo numérique très sensible aux rayons UV, visibles et infrarouges en même temps. On n’a jamais réussi à le faire avec les capteurs d’imagerie existants. En général, cette démonstration de l’intégration monolithique du graphène avec le CMOS permet une large gamme d’applications optoélectroniques telles que les communications de données optiques à faible puissance et les systèmes de détection compacts et ultra-sensibles.
Ce CMOS à base de graphène et de boite quantique permettra de déterminer si le lait dans un biberon est à la bonne température – Crédit : ICFO
L’étude a été publiée dans Nature Photonics. Le travail a été mené par les chercheurs de l’ICFO en collaboration avec la société Graphenea. Le capteur d’image graphène/boite quantique a été fabriqué en prenant des boites quantiques colloïdales PbS et en les déposant sur du CVD de graphène (un dépôt chimique en phase vapeur). Ensuite, on applique ce système hybride sur une plaquette CMOS avec des matrices de capteur d’image et un circuit de lecture. Comme l’explique Stijn Goossens, l’un des chercheurs : On n’a pas eu besoin d’un processus complexe de traitement ou de croissance des matériaux pour obtenir ce capteur d’image CMOS à base de boite quantique et de graphène. On peut le fabriquer dans une température et des conditions ambiantes ce qui implique une diminution considérable des coûts de production. De plus, en raison de ses propriétés, on peut l’intégrer facilement sur des supports flexibles ainsi que des circuits intégrés CMOS.
En tant que professeur de l’ICREA à l’ICFO, Gerasimos Konstantatos, spécialiste de la recherche dans les boites quantiques et le graphène, explique que nous avons conçu les QD pour étendre à la gamme infrarouge courte du spectre (1100-1900nm) à un point où nous avons pu détecter la lumière de l’atmosphère pendant la nuit sur un ciel sombre et clair et le résultat est une vision nocturne passive. Ce travail montre que cette classe de phototransistors peut ouvrir la voie à des capteurs d’image infrarouge à haute sensibilité à faible coût qui fonctionnent à une température ambiante. Actuellement, l’immense marché de l’imagerie en infrarouge recherche des technologies peu coûteuses.
Ce CMOS à base de graphène et de boite quantique appliqué à un pare-brise de voiture permet d’avoir une vision nocturne d’excellente qualité pour la conduite – Crédit : ICFO
Le développement de ce capteur d’image monolithique à base de graphène représente une étape importante pour les systèmes d’imagerie à large bande et hyperspectrale à faible coût et à haute résolution. Il garantit qu’en général, la technologie CMOS à base de graphène permettra une grande quantité d’applications allant de la sécurité, des smartphones avec des APN performants, des systèmes de lutte contre l’incendie, des caméras passives de vision nocturne, des systèmes de capteurs automobiles, des soins médicaux, des applications d’imagerie, l’inspection alimentaire et pharmaceutique jusqu’à la surveillance de l’environnement.
Une vidéo montrant les possibilités de ce CMOS à base de graphène et de points quantiques dans le futur :
