Câmera de grafeno com pontos quânticos enxerga tudo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/06/2017

Este sensor de câmera é feito com a tecnologia CMOS padrão da indústria, mas incorpora grafeno e pontos quânticos.
[Imagem: Stijn Goossens et al. - 10.1038/nphoton.2017.75]

Grafeno com CMOS

Engenheiros espanhóis criaram uma câmera feita pela combinação de grafeno com a tecnologia padrão dos semicondutores.

O chip mostrou-se sensível a um espectro de luz mais amplo do que qualquer câmera disponível comercialmente, e a equipe afirma que o novo processo também pode ser usado para criar interconexões ópticas de alta velocidade para redes de comunicação.

O grafeno tem sido usado para demonstrar uma série de novas tecnologias, incluindo telas, alto-falantes, telas sensíveis ao toque e outros dispositivos eletrônicos. Mas a maioria dessas aplicações está em estágios iniciais de desenvolvimento e pesquisadores e empresas ainda estão trabalhando na integração do grafeno nos processos de fabricação em escala industrial.

Por isso surpreende que Stijn Goossens e seus colegas do Instituto de Ciências Fotônicas de Barcelona já tenham pronto um chip combinando a tecnologia CMOS padrão da indústria com o grafeno, uma vez que a rede atômica do grafeno não combina com a rede atômica do silício e dos metais e isolantes mesclados nos atuais semicondutores.

• Sim, é possível fazer chips com materiais unidimensionais

Melhores câmeras

A incapacidade de integrar outros semicondutores nos chips coloca restrições sobre o desempenho das câmeras baseadas em CMOS porque o silício só consegue detectar a luz visível.

É por isso que as câmeras digitais atuais continuam restritas à luz visível.

"Se você quiser detectar a luz infravermelha, você precisará comprar uma câmera de arseneto de gálio e índio, por exemplo. Isso lhe custará cerca de US$ 40.000 ou US$ 50.000 porque o arseneto de gálio e índio não está integrado de forma monolítica com o CMOS, então eles precisam de um processo muito complicado para integrar o circuito de leitura com os fotodetectores," explicou o professor Frank Koppens.

Em trabalhos anteriores, a equipe de Koppens já havia conseguido usar o grafeno para fazer uma espécie de milagre da multiplicação dos fótons. No ano passado, eles conseguiram conectar eletrodos para ler os sinais do grafeno em 3D, abrindo caminho para seu uso prático. Mas ainda se tratava de píxeis individuais, enquanto uma câmera precisa de milhões deles.

Grafeno com pontos quânticos

Agora, a equipe espanhola conseguiu transferir o grafeno cultivado em uma folha de cobre para a superfície de um chip CMOS de silício. A seguir o chip recebeu o circuito necessário para ler cada píxel da câmera individualmente. Finalmente, o grafeno recebeu uma camada de pontos quânticos em sua parte superior, adicionando um novo nível de detecção, para capturar um espectro maior de cores.

A câmera resultante consegue detectar comprimentos de onda de 300 nanômetros (quase ultravioleta) até 2.000 nm (infravermelho de ondas curtas). Mesmo que o grafeno não seja usado para absorver a luz, sua mobilidade eletrônica extraordinariamente alta produz um sinal mais forte, o que permite detectar a luz infravermelha acima do ruído, o que outros dispositivos não conseguem.

Os pesquisadores acreditam que seu chip poderá ser usado em câmeras para celulares, sistemas de CFTV, veículos e sistemas de inspeção industrial. Como grande trunfo, além do aprimoramento técnico, a produção do CMOS integrado com grafeno pode resultar em sensores a um custo virtualmente similar ao dos sensores atuais.

Mais tópicos