Des chercheurs développent le premier réseau de capteurs d’images à large bande basé sur l’intégration graphène-CMOS

Au cours des 40 dernières années, la microélectronique a progressé à pas de géant grâce à la technologie du silicium et des semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS), permettant l'informatique, les smartphones, les appareils photo numériques compacts et peu coûteux, ainsi que la plupart des gadgets électroniques dont nous dépendons. aujourd'hui.

Cependant, la diversification de cette plateforme vers des applications autres que les microcircuits et les caméras à lumière visible a été freinée par la difficulté de combiner des semi-conducteurs sans silicium avec le CMOS.

Les chercheurs de l'ICFO ont maintenant surmonté cet obstacle, montrant pour la première fois l'intégration monolithique d'un circuit intégré CMOS avec du graphène, ce qui donne lieu à une image haute résolution. capteur d'images composé de centaines de milliers de photodétecteurs basés sur le graphène et les points quantiques (QD). Ils l’ont intégré dans un appareil photo numérique hautement sensible simultanément à la lumière UV, visible et infrarouge. Cela n’a jamais été réalisé avec les capteurs d’imagerie existants. En général, cette démonstration de l'intégration monolithique du graphène avec CMOS permet une large gamme d'applications optoélectroniques, telles que les communications de données optiques à faible consommation et les systèmes de détection compacts et ultra sensibles.

L'étude a été publiée dans Photonique naturelle, et mis en évidence sur l’image de la couverture. Les travaux ont été réalisés par ICFO en collaboration avec la société Graphenea. Le capteur d'image graphène-QD a été fabriqué en prenant du PbS colloïdal points quantiques, en les déposant sur le graphène CVD puis en déposant ce système hybride sur une plaquette CMOS avec des puces de capteur d'image et un circuit de lecture. Comme le commente Stijn Goossens : « Aucun processus complexe de traitement de matériaux ou de croissance n'a été nécessaire pour réaliser ce capteur d'image CMOS à points quantiques et graphène. Il s'est avéré facile et peu coûteux à fabriquer à température ambiante et dans des conditions ambiantes, ce qui signifie une diminution considérable des coûts de production. De plus, de par ses propriétés, il peut être facilement intégré sur des substrats flexibles ainsi que sur des circuits intégrés de type CMOS.

« Nous avons conçu les QD pour qu'ils s'étendent à la courte plage infrarouge du spectre (1 100-1 900 nm), à un point tel que nous avons pu démontrer et détecter la lueur nocturne de l'atmosphère sur un ciel sombre et clair, permettant une vision nocturne passive. Ce travail montre que cette classe de phototransistors pourrait être la voie à suivre pour obtenir des images infrarouges à haute sensibilité et à faible coût. capteurs fonctionnant à température ambiante, s'adressant à l'immense marché de l'infrarouge qui a actuellement soif de technologies bon marché », explique Goossens.

«Le développement de ce capteur d'image monolithique basé sur CMOS représente une étape importante pour les systèmes d'imagerie hyperspectrale et à large bande à haute résolution et à faible coût», déclare le professeur Frank Koppens de l'ICREA. Il affirme que « de manière générale, la technologie graphène-CMOS permettra un grand nombre d'applications allant de la sûreté, de la sécurité, aux caméras de poche et pour smartphone à faible coût, aux systèmes de conduite de tir, aux caméras de vision nocturne passive et de surveillance nocturne, aux systèmes de capteurs automobiles, aux systèmes médicaux. les applications d’imagerie, l’inspection alimentaire et pharmaceutique jusqu’à la surveillance environnementale, pour n’en nommer que quelques-unes.