Nos últimos 40 anos, a microeletrônica avançou aos trancos e barrancos graças ao silício e à tecnologia de semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS), permitindo a computação, smartphones, câmeras digitais compactas e de baixo custo, assim como a maioria dos aparelhos eletrônicos com os quais confiamos hoje.

Contudo, a diversificação desta plataforma em aplicações diferentes de microcircuitos e câmeras de luz visível foi impedida pela dificuldade de combinar semicondutores sem silício com CMOS.

Os pesquisadores do ICFO agora superaram este obstáculo, mostrando pela primeira vez a integração monolítica de um circuito integrado CMOS com grafeno, resultando em um sensor de imagem de alta resolução que consiste em centenas de milhares de fotodetectores baseados em grafeno e pontos quânticos (QD). Eles o incorporaram a uma câmera digital altamente sensível a UV, luz visível e infravermelha simultaneamente. Isso nunca foi alcançado antes com os sensores de imagem existentes. Em geral, esta demonstração de integração monolítica de grafeno com CMOS permite uma ampla gama de aplicações optoeletrônicas, como comunicações de dados ópticos de baixa potência e sistemas de detecção compactos e ultrassensíveis.

O estudo foi publicado em Nature Photonics , e destacado na imagem da capa. O trabalho foi realizado pelo ICFO em colaboração com a empresa Graphenea. O sensor de imagem de grafeno-QD foi fabricado tomando pontos quânticos coloidais de PbS, depositando-os no grafeno CVD e, subsequentemente, depositando este sistema híbrido em um wafer CMOS com matrizes de sensor de imagem e um circuito de leitura. Como comenta Stijn Goossens, "Nenhum processamento de material complexo ou processos de crescimento foram necessários para alcançar este sensor de imagem CMOS de pontos quânticos de grafeno. Ele provou ser fácil e barato de fabricar em temperatura ambiente e sob condições ambientais, o que significa uma redução considerável nos custos de produção. Além disso, por causa de suas propriedades, pode ser facilmente integrado em substratos flexíveis, bem como em circuitos integrados do tipo CMOS. "

"Projetamos os QDs para se estender ao curto intervalo infravermelho do espectro (1100-1900nm), a um ponto onde fomos capazes de demonstrar e detectar o brilho noturno da atmosfera em um céu escuro e claro, permitindo uma visão noturna passiva. Este trabalho mostra que esta classe de fototransistores pode ser o caminho a percorrer para alta sensibilidade, baixo custo, sensores infravermelhos de imagem operando em temperatura ambiente, atendendo ao enorme mercado de infravermelho que atualmente está sedento por tecnologias baratas, "diz Goossens.

"O desenvolvimento deste sensor de imagem baseado em CMOS monolítico representa um marco para o baixo custo, sistemas de imagem hiperespectral e banda larga de alta resolução, "diz o professor Frank Koppens do ICREA. Ele diz que" em geral, A tecnologia de grafeno-CMOS permitirá um grande número de aplicações que vão desde segurança, segurança, câmeras de bolso e smartphones de baixo custo, sistemas de controle de incêndio, visão noturna passiva e câmeras de vigilância noturna, sistemas de sensores automotivos, aplicações de imagens médicas, inspeção alimentar e farmacêutica para monitoramento ambiental, para nomear alguns."