El Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Avanzada de Mitsubishi Electric Corp., está desarrollando un sensor de imagen mejorado con grafeno que puede detectar una amplia banda de frecuencia de luz desde la luz visible hasta las ondas de terahertz con un solo dispositivo.
Se dice que es un sensor de imagen de espectro múltiple con un menor costo y mayor rendimiento, en comparación con los sensores de imagen de espectro múltiple existentes. Actualmente, varios tipos de sensores de imagen se combinan de acuerdo con la longitud de onda para obtener un sensor de imagen de espectro múltiple, y son necesarios materiales de alto costo y enfriamiento basado en nitrógeno líquido para detectar luces distintas a la luz visible.
Mitsubishi Electric exhibió un chip prototipo en MEMS Sensing & Network System 2018, que tuvo lugar del 17 al 19 de octubre de 2018 en Makuhari Messe, en la ciudad de Chiba, Japón, junto con Ceatec Japan 2018. Fue desarrollado en un proyecto de investigación conjunto con el laboratorio de investigación de Kazuhiko Matsumoto del Instituto de Investigación Científica e Industrial de la Universidad de Osaka.
Esta vez, el Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Avanzada utilizó un material de grafeno similar a una hoja. Se explicó que el estado de los electrones del grafeno es diferente al de otros materiales y semiconductores. Y el nuevo sensor utiliza esta característica. En general, los electrones existen como electrones de valencia, que están unidos por los perímetros (capas externas) de los núcleos atómicos, y los electrones libres, que pueden moverse libremente en una sustancia (entre múltiples átomos). Entre los electrones de valencia de baja energía y los electrones libres de alta energía, hay un intervalo de banda donde no pueden existir como electrones. Cuando se da la energía correspondiente a la brecha, los electrones de valencia se convierten en electrones libres.
Los sensores ópticos de los sensores de imagen existentes convierten los electrones de valencia en electrones libres utilizando la energía de la luz irradiada. La corriente eléctrica generada por electrones libres se lee electrónicamente para detectar la luz. La energía para convertir los electrones de valencia en electrones libres depende del material y la estructura. Por lo tanto, cuando se toma luz con una longitud de onda correspondiente a la energía, se detecta luz.
En el grafeno, no hay espacio de energía para convertir electrones de valencia en electrones libres. Por lo tanto, en principio, puede absorber la luz con cualquier longitud de onda para convertir los electrones de valencia en electrones libres. Cuando los sensores ópticos que utilizan las propiedades del grafeno están dispuestos en una matriz como los sensores de imagen CMOS existentes, es posible realizar un sensor de imagen de espectro múltiple que puede tomar imágenes en el mismo eje óptico.
En el caso de los sensores de infrarrojo lejano utilizados para la termografía, los elementos llamados «tipo cuántico» tienen un alto rendimiento. Pero el grafeno puede tener un rendimiento aún mayor que el de la velocidad de respuesta y la sensibilidad. El tipo cuántico generalmente utiliza materiales especiales y se enfría a varios cientos de grados bajo cero para reducir la influencia del ruido. En contraste, el sensor a base de grafeno no necesita ser enfriado.
El Centro de I + D de Tecnología Avanzada espera que el sensor basado en grafeno reemplace todo tipo de sensores de infrarrojo lejano debido a múltiples propiedades excelentes en el futuro. Aunque el carbono, que no se usa para los procesos CMOS comunes, se usa para la producción del sensor, el proceso de fabricación del sensor en sí es un proceso comúnmente usado.
El filtrado para captar solo luz con una longitud de onda específica se puede realizar estructuralmente sin utilizar un método óptico, según el Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Avanzada. Específicamente, un intervalo de banda se genera artificialmente haciendo que el grafeno tenga un patrón regular para que el sensor sea sensible solo a las longitudes de onda deseadas. Además, existe un método para formar una estructura de resonancia de manera que el sensor se vuelva altamente sensible solo a las luces que tienen longitudes de onda específicas correspondientes a las frecuencias de resonancia.
Fuente: nikkeibp
