(Phys.org) —La plupart des appareils photo numériques d'aujourd'hui obtiennent des couleurs en utilisant le rouge, vert, et des filtres de couleur bleu Bayer à travers lesquels la lumière passe jusqu'aux capteurs d'image de la caméra, qui convertissent ensuite la lumière en signaux électriques. Bien que cette technologie de filtre coloré soit très répandue, il présente certains inconvénients liés à la durabilité, faible coefficient d'absorption, et la complexité de fabrication. En outre, la lumière absorbée dans le filtre de couleur ne peut pas être convertie en photocourant. Pour maximiser l'efficacité des tendances de densité de pixels plus élevée, cette lumière doit être convertie en photocourant.

Au cours des dernières années, les chercheurs ont étudié de nouvelles façons d'obtenir des couleurs dans des appareils photo numériques qui ne reposent pas sur des filtres à colorant organique conventionnels. Dans un nouvel article publié dans Nano lettres , une équipe de chercheurs de l'Université Harvard à Cambridge, Massachusetts, et Zena Technologies Inc., à Topsfield, Massachusetts, ont présenté une nouvelle approche sans filtre de l'imagerie couleur. La technique utilise des nanofils de silicium avec des rayons différents pour absorber des longueurs d'onde spécifiques, et donc des couleurs, de lumière et convertir la lumière en photocourant.

"Notre approche basée sur les nanofils réalise une imagerie couleur sans filtres de couleur conventionnels, " Le co-auteur Kenneth B. Crozier de l'Université de Harvard a déclaré Phys.org . "Cela présente deux avantages majeurs. Premièrement, notre approche simplifie le processus de fabrication. Les pixels du capteur d'image à base de nanofils avec différentes réponses de couleur peuvent être définis en même temps via une seule étape de lithographie. Cela signifie qu'aucun matériau supplémentaire ou étape de dépôt répété n'est nécessaire pour séparer les couleurs. Seconde, notre approche ouvre la voie à l'augmentation de l'efficacité d'un capteur d'image. Chaque nanofil capte la lumière d'une couleur spécifique, et le convertit en photocourant. Si nous ajoutons un photodétecteur de substrat, nous pouvons capturer le reste du spectre. De cette façon, le capteur d'image peut avoir une efficacité plus élevée, car les photons ne seraient pas rejetés par les filtres absorbants."

La nouvelle approche tire parti des propriétés optiques et électriques uniques des nanofils semi-conducteurs unidimensionnels. Des recherches antérieures ont démontré que les nanofils de silicium absorbent les longueurs d'onde de la lumière qui varient avec le rayon du nanofil, permettant le contrôle de l'absorption de la lumière en fabriquant des nanofils avec des rayons contrôlés en utilisant une seule étape de lithographie. Cependant, aucune expérience d'imagerie couleur n'a été réalisée avec des nanofils de silicium jusqu'à présent, en partie à cause de la difficulté d'assembler un grand nombre de nanofils en réseaux.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont réussi à fabriquer 100 x 100 réseaux de nanofils verticaux avec des rayons de 80, 100, 120, et 140 nm, permettant aux nanofils d'absorber différentes longueurs d'onde de lumière. Les chercheurs ont démontré que ces photodétecteurs à base de nanofils peuvent photographier des images en couleur de scènes de test et de la carte Macbeth ColorChecker avec une qualité très similaire à celle obtenue avec un appareil photo conventionnel.

La nouvelle technique d'imagerie couleur sans filtre présente certains avantages clés par rapport à la technique de filtre conventionnelle, le plus important étant peut-être une efficacité d'absorption plus élevée qui permet des densités de pixels plus élevées et une résolution plus élevée. Les chercheurs prédisent que l'ajout d'un photodétecteur inférieur au réseau de nanofils permettrait, en principe, pour que l'appareil absorbe toute la lumière entrante et la convertisse en courant photoélectrique. Un tel dispositif a le potentiel d'une efficacité photonique extrêmement élevée par rapport aux dispositifs à filtre, qui, de par leur nature, absorbent environ la moitié de la lumière entrante avant qu'elle n'atteigne le capteur d'image. La plus grande efficacité ouvrirait alors la voie à des caméras avec des résolutions plus élevées. En plus d'une efficacité améliorée, cette approche simplifie le processus de fabrication. Comme l'expliquent les chercheurs, les pixels avec des réponses de couleurs différentes peuvent être définis en même temps grâce à une seule étape de lithographie.

Par ailleurs, les photodétecteurs à base de nanofils offrent également la possibilité d'imagerie multispectrale. Les caméras utilisent l'imagerie multispectrale pour capturer la lumière à différentes fréquences du spectre, y compris les fréquences au-delà de la plage de la lumière visible. Avec la nouvelle méthode, différentes parties du spectre peuvent être ciblées pour l'absorption en fabriquant des nanofils avec des rayons spécifiques, un processus relativement simple par rapport à la fabrication de filtres et d'autres méthodes. Les chercheurs prévoient de travailler à l'amélioration des photodétecteurs à l'avenir.

"Nous travaillons actuellement sur l'incorporation de photodétecteurs de substrat pour augmenter l'efficacité comme nous l'avons mentionné ci-dessus, " a déclaré le co-auteur Hyunsung Park à l'Université Harvard. " De plus, nous développons des photodétecteurs elliptiques à base de nanofils pour l'imagerie à résolution de polarisation. Le principal obstacle à la commercialisation est le niveau de courant d'obscurité plus élevé de ces appareils, du fait qu'ils sont produits par gravure. Cela vient du fait qu'il existe de nombreux états de surface, en raison du grand rapport surface/volume des nanofils et des dommages causés à la structure cristalline du silicium par la gravure sèche. Nous pensons que cela sera résolu à l'avenir grâce à un processus de fabrication alternatif ou en ajoutant des couches de passivation."

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