Detectores infrarrojos miniaturizados
Integración en un chip: Tremendos efectos en espectrómetros de diferentes tipos - y en varios campos
La miniaturización extrema de los detectores de infrarrojos (IR) es fundamental para su integración en la electrónica de consumo de próxima generación, los wearables y los satélites ultrapequeños. Hasta ahora, sin embargo, los detectores de infrarrojos se han basado en materiales y tecnologías voluminosos (y caros). Un equipo de científicos dirigido por el investigador del Empa Ivan Shorubalko ha conseguido ahora desarrollar un proceso de miniaturización rentable para espectrómetros de infrarrojos basado en un fotodetector de puntos cuánticos, que puede integrarse en un solo chip, según informan en Nature Photonics.
Así es como funciona el espectrómetro IR: El fotodetector, fabricado sobre una guía de ondas óptica de superficie, consta de un electrodo de oro inferior que funciona como centro de dispersión, una capa fotoactiva (formada por puntos cuánticos de teluro de mercurio coloidal -HgTe-) y un electrodo de oro superior. Al mover el espejo, la fotocorriente medida mapea la intensidad de la luz de la onda estacionaria, es decir, la luz IR. Una transformación de Fourier de la señal medida proporciona el espectro óptico.
Lars Lüder
La miniaturización de los espectrómetros de infrarrojos permitirá ampliar su uso en la electrónica de consumo, como los teléfonos inteligentes que permiten el control de los alimentos, la detección de sustancias químicas peligrosas, el control de la contaminación atmosférica y la electrónica vestible. Pueden utilizarse para la detección rápida y sencilla de determinadas sustancias químicas sin necesidad de utilizar equipos de laboratorio. Además, pueden ser útiles para la detección de medicamentos falsificados y de gases de efecto invernadero como el metano y elCO2.
Un equipo de científicos del Empa, la ETH de Zúrich, la EPFL, la Universidad de Salamanca (España), la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Universidad de Basilea ha construido ahora una prueba de concepto de espectrómetro miniaturizado de guía de ondas por transformación de Fourier que incorpora un fotodetector de sub-longitud de onda como sensor de luz, consistente en un punto cuántico de telururo de mercurio coloidal (Hg Te) y compatible con la tecnología de semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS), según informan en el reciente número de Nature Photonics.
Efectos tremendos en espectrómetros de distintos tipos y en diversos campos
El espectrómetro resultante presenta un gran ancho de banda espectral y una resolución espectral moderada de 50 cm-1 con un volumen total de espectrómetro activo inferior a 100 μm × 100 μm × 100 μm. Este diseño ultracompacto del espectrómetro permite la integración de instrumentos de medición óptico-analíticos en dispositivos electrónicos de consumo y espaciales. "La integración monolítica de fotodetectores IR de sub-longitud de onda tiene un enorme efecto en el escalado de los espectrómetros de guía de onda de transformación de Fourier", afirma el investigador de Empa Ivan Shorubalko. "Pero esto también puede ser de gran interés para los espectrómetros Raman miniaturizados, los biosensores y los dispositivos lab-on-a-chip, así como para el desarrollo de cámaras hiperespectrales instantáneas de alta resolución".
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