يقوم الباحثون بتطوير أول مجموعة مستشعرات صور ذات نطاق عريض تعتمد على تكامل الجرافين-CMOS

على مدار الأربعين عامًا الماضية، تقدمت الإلكترونيات الدقيقة بسرعة فائقة بفضل تقنية السيليكون وأشباه الموصلات المكملة لأكسيد المعدن (CMOS)، مما مكّن الحوسبة والهواتف الذكية والكاميرات الرقمية المدمجة ومنخفضة التكلفة، بالإضافة إلى معظم الأدوات الإلكترونية التي نعتمد عليها اليوم.

ومع ذلك، فإن تنويع هذه المنصة إلى تطبيقات أخرى غير الدوائر الدقيقة وكاميرات الضوء المرئي قد أعيق بسبب صعوبة الجمع بين أشباه الموصلات غير السيليكونية مع CMOS.

لقد تغلب باحثو ICFO الآن على هذه العقبة، حيث أظهروا لأول مرة التكامل المتجانس لدائرة CMOS المتكاملة مع الجرافين، مما أدى إلى دقة عالية مستشعر الصورة تتكون من مئات الآلاف من أجهزة الكشف الضوئية المعتمدة على الجرافين والنقاط الكمومية (QD). لقد قاموا بدمجها في كاميرا رقمية حساسة للغاية للأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء في وقت واحد. ولم يتم تحقيق ذلك من قبل باستخدام أجهزة استشعار التصوير الموجودة. بشكل عام، يتيح هذا العرض للتكامل المتجانس للجرافين مع CMOS مجموعة واسعة من التطبيقات الإلكترونية الضوئية، مثل اتصالات البيانات الضوئية منخفضة الطاقة وأنظمة الاستشعار المدمجة وفائقة الحساسية.

ونشرت الدراسة في الضوئيات الطبيعة، وتم تسليط الضوء عليها في صورة الغلاف الأمامي. تم تنفيذ العمل من قبل ICFO بالتعاون مع شركة Graphenea. تم تصنيع مستشعر صورة الجرافين-QD عن طريق أخذ PbS الغروية النقاط الكمومية، وترسيبها على جرافين CVD ومن ثم ترسيب هذا النظام الهجين على رقاقة CMOS مع قوالب مستشعر الصورة ودائرة القراءة. كما علق Stijn Goossens قائلاً: "لم تكن هناك حاجة إلى عمليات معالجة أو نمو معقدة للمواد لتحقيق حساس صور CMOS ذو النقاط الكمومية من الجرافين. وقد ثبت أنه من السهل ورخيص التصنيع في درجة حرارة الغرفة وتحت الظروف المحيطة، مما يدل على انخفاض كبير في تكاليف الإنتاج. علاوة على ذلك، وبسبب خصائصه، يمكن دمجه بسهولة على ركائز مرنة بالإضافة إلى دوائر متكاملة من نوع CMOS.

"لقد قمنا بتصميم QDs لتمتد إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء القصير من الطيف (1100-1900 نانومتر)، إلى النقطة التي تمكنا فيها من إظهار واكتشاف التوهج الليلي للغلاف الجوي في سماء مظلمة وواضحة مما يتيح رؤية ليلية سلبية. يُظهر هذا العمل أن هذه الفئة من الترانزستورات الضوئية قد تكون هي الطريقة الأمثل للحصول على صورة بالأشعة تحت الحمراء ذات حساسية عالية ومنخفضة التكلفة أجهزة الاستشعار يقول جوسينز: "إن العمل في درجة حرارة الغرفة يعالج سوق الأشعة تحت الحمراء الضخم المتعطش حاليًا للتقنيات الرخيصة".

يقول البروفيسور فرانك كوبينز، أستاذ ICREA: "يمثل تطوير مستشعر الصور المترابط القائم على CMOS علامة فارقة لأنظمة التصوير ذات النطاق العريض والتصوير الفائق الطيفي منخفضة التكلفة وعالية الدقة". ويقول: "بشكل عام، ستمكن تقنية الجرافين-CMOS عددًا كبيرًا من التطبيقات التي تتراوح بين السلامة والأمن وكاميرات الجيب والهواتف الذكية منخفضة التكلفة وأنظمة التحكم في الحرائق والرؤية الليلية السلبية وكاميرات المراقبة الليلية وأنظمة استشعار السيارات والأنظمة الطبية". تطبيقات التصوير والتفتيش على الأغذية والأدوية والمراقبة البيئية، على سبيل المثال لا الحصر.