Au cours des 40 dernières années, la microélectronique a progressé à pas de géant grâce au silicium et à la technologie des semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS), permettre l'informatique, smartphone, appareils photo numériques compacts et économiques, ainsi que la plupart des gadgets électroniques sur lesquels nous comptons aujourd'hui.

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

Les chercheurs de l'ICFO ont désormais surmonté cet obstacle, montrant pour la première fois l'intégration monolithique d'un circuit intégré CMOS au graphène, résultant en un capteur d'image haute résolution composé de centaines de milliers de photodétecteurs basés sur le graphène et les points quantiques (QD). Ils l'ont incorporé dans un appareil photo numérique très sensible aux UV, lumière visible et infrarouge simultanément. Cela n'a jamais été atteint auparavant avec les capteurs d'imagerie existants. En général, cette démonstration d'intégration monolithique de graphène avec CMOS permet un large éventail d'applications optoélectroniques, tels que les communications de données optiques à faible puissance et les systèmes de détection compacts et ultrasensibles.

L'étude a été publiée dans Photonique de la nature , et mis en évidence sur l'image de 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 des points quantiques colloïdaux PbS, les déposer sur le graphène CVD et ensuite déposer ce système hybride sur une plaquette CMOS avec des matrices de capteur d'image et un circuit de lecture. Comme le commente Stijn Goossens, « Aucun traitement de matériau ou processus de croissance complexes n'a été nécessaire pour obtenir ce capteur d'image CMOS à points quantiques en 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. Par ailleurs, en raison de ses propriétés, il s'intègre facilement sur des substrats souples ainsi que sur des circuits intégrés de type CMOS."

"Nous avons conçu les QD pour qu'ils s'étendent à la plage infrarouge courte du spectre (1100-1900 nm), à un point où 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 peut être la voie à suivre pour une haute sensibilité, à bas prix, des capteurs d'images infrarouges fonctionnant à température ambiante s'adressant à l'immense marché infrarouge actuellement assoiffé de technologies bon marché, " dit Goossens.

« Le développement de ce capteur d'image monolithique à base de CMOS représente une étape importante pour le faible coût, des systèmes d'imagerie haute résolution à large bande et hyperspectrale, " dit le professeur de l'ICREA Frank Koppens. Il dit que " en général, La technologie graphène-CMOS permettra un grand nombre d'applications allant de la sécurité, Sécurité, caméras de poche et smartphone à bas prix, systèmes de lutte contre l'incendie, caméras passives de vision nocturne et de surveillance nocturne, systèmes de capteurs automobiles, applications d'imagerie médicale, inspection alimentaire et pharmaceutique à la surveillance environnementale, pour n'en nommer que quelques-uns."