Cientistas do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA e da Stony Brook University desenvolveram um novo processo de síntese para fabricação de baixo custo de um material previamente descontado na literatura para câmeras infravermelhas de alta sensibilidade, abrindo novas possibilidades para futuras operações noturnas do Exército.

Drs. Da ARL Wendy Sarney e Stefan Svensson lideraram uma nova abordagem para usar o semicondutor InAsSb, um material que não foi usado antes em câmeras infravermelhas de alto desempenho para os comprimentos de onda mais longos (10 mícrons). Os melhores materiais para os sensores de luz da câmera IR são atualmente baseados em HgCdTe, que pertence à família dos compostos II-VI.

"Infelizmente, Eles são muito caros, principalmente porque existem apenas clientes militares para este material, "Svensson disse.

InAsSb é um semicondutor III-V, que é uma classe de materiais usados ​​em optoeletrônicos em muitos produtos comerciais, como DVD players e telefones celulares.

"O olho humano é otimizado pela natureza para observar a luz refletida do sol em uma faixa muito estreita de cores (comprimentos de onda de luz), conhecido como espectro visível; Contudo, todos os objetos da natureza brilham com uma luz fraca, mesmo em baixas temperaturas, que produz cores na faixa do infravermelho (IR) que são invisíveis a olho nu. Esses comprimentos de onda são cerca de dez vezes mais longos do que os da luz visível.

"Usando câmeras que podem ver a fraca luz infravermelha, soldados podem operar durante a noite, "Sarney disse." Quanto mais sensível for essa câmera, ou em outras palavras, quanto menores forem as diferenças de cor ou temperatura que ele pode ver, mais detalhes podem ser discernidos em um campo de batalha e os inimigos podem ser detectados em distâncias mais longas. As câmeras infravermelhas de alto desempenho são, portanto, extremamente importantes para o Exército. "

A chave dessa descoberta foi a compreensão de que o material precisava ser não distorcido pela deformação para ser visto em 10 mícrons. Essa era uma grande dificuldade que precisava ser superada antes que o InAsSb pudesse ser usado como um material de sensor. O desempenho de dispositivos baseados em materiais semicondutores também depende da perfeição cristalina do material. O InAsSb deve ser depositado sobre um material cristalino inicial (um substrato) que possui um espaçamento menor entre os átomos. Esta incompatibilidade de tamanho na escala atômica deve ser administrada extremamente bem para que o material sensível à luz funcione corretamente.

Entre os substratos possíveis, os maiores e mais baratos normalmente têm espaçamento atômico progressivamente menor. Ao longo de vários anos, ARL e Stony Brook encontraram uma maneira de gerenciar a incompatibilidade de espaçamento atômico que culminou no trabalho atual que usa GaAs como substrato. Este é o substrato mais comum usado na indústria III-V para vários produtos de consumo. É barato e está disponível em tamanhos grandes. Substratos de grandes áreas permitem a fabricação de vários sensores de câmera ao mesmo tempo, o que poderia ser feito em fundições comerciais. Tudo isso abre oportunidades para produzir câmeras infravermelhas de alta qualidade para soldados a um custo muito reduzido.

ARL e Stony Brook combinaram técnicas de mediação de deformação para gerenciar com eficácia a incompatibilidade de espaçamento atômico de 10% entre o material de detecção InAsSb e o substrato de GaAs. Para fazer isso, eles depositaram uma camada intermediária de GaSb em GaAs de uma forma que prendeu a maioria dos defeitos causados ​​pela incompatibilidade de tamanho. Eles então aumentaram ainda mais o espaçamento atômico com uma camada graduada que também manteve os defeitos longe do material do sensor InAsSb.

O material foi examinado com microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução para garantir que tinha qualidade estrutural suficiente. Eles também descobriram que a qualidade óptica relacionada às propriedades de detecção era notavelmente alta. Esta pesquisa mostra um caminho para uma prática, solução de custo mais baixo para o eventual campo de sistemas de visão noturna baseados em materiais infravermelhos de longo comprimento de onda III-V.