p (Phys.org) —A maioria das câmeras digitais de hoje obtém cores usando vermelho, verde, e filtros de cor azul Bayer através dos quais a luz passa em seu caminho para os sensores de imagem da câmera, que então convertem a luz em sinais elétricos. Embora esta tecnologia de filtro de cores seja muito difundida, tem algumas desvantagens relacionadas à durabilidade, baixo coeficiente de absorção, e complexidade de fabricação. Além disso, a luz absorvida no filtro de cor não pode ser convertida em fotocorrente. Para maximizar a eficiência nas tendências de maior densidade de pixels, esta luz precisa ser convertida em fotocorrente. p Nos últimos anos, pesquisadores têm investigado novas maneiras de obter cores em câmeras digitais que não dependem de filtros convencionais de corante orgânico. Em um novo artigo publicado em Nano Letras , uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard em Cambridge, Massachusetts, e Zena Technologies Inc., em Topsfield, Massachusetts, apresentaram uma nova abordagem sem filtros para imagens coloridas. A técnica usa nanofios de silício com raios diferentes para absorver comprimentos de onda específicos, e, portanto, cores, de luz e converter a luz em fotocorrente.

p "Nossa abordagem baseada em nanofios realiza imagens em cores sem filtros de cores convencionais, "disse o co-autor Kenneth B. Crozier, da Harvard University Phys.org . "Isso tem duas vantagens principais. Primeiro, nossa abordagem simplifica o processo de fabricação. Pixels de sensores de imagem baseados em nanofios com respostas de cores diferentes podem ser definidos ao mesmo tempo por meio de uma única etapa de litografia. Isso significa que não são necessários materiais adicionais ou etapas de deposição repetidas para separar as cores. Segundo, nossa abordagem abre caminho para aumentar a eficiência de um sensor de imagem. Cada nanofio captura luz de uma cor específica, e o converte em fotocorrente. Se adicionarmos fotodetector de substrato, podemos capturar o restante do espectro. Desta maneira, o sensor de imagem pode ter maior eficiência, já que os fótons não seriam descartados por filtros de absorção. "

p A nova abordagem aproveita as propriedades ópticas e elétricas exclusivas dos nanofios semicondutores unidimensionais. Pesquisas anteriores demonstraram que os nanofios de silício absorvem comprimentos de onda de luz que variam com o raio do nanofio, permitindo o controle da absorção de luz pela fabricação de nanofios com raios controlados usando uma única etapa de litografia. Contudo, nenhum experimento de imagem colorida foi realizado com nanofios de silício até agora, em parte devido à dificuldade em montar um grande número de nanofios em matrizes.

p No novo estudo, os pesquisadores fabricaram com sucesso matrizes de 100 x 100 de nanofios verticais com raios de 80, 100, 120, e 140 nm, permitindo que os nanofios absorvam diferentes comprimentos de onda de luz. Os pesquisadores demonstraram que esses fotodetectores baseados em nanofios podem fotografar imagens coloridas de cenas de teste e do cartão Macbeth ColorChecker com qualidade muito semelhante à obtida com uma câmera convencional.

p A nova técnica de imagem colorida sem filtro tem algumas vantagens importantes em comparação com a técnica de filtro convencional, com talvez o mais importante sendo uma maior eficiência de absorção que permite maiores densidades de pixel e maior resolução. Os pesquisadores preveem que a adição de um fotodetector inferior à matriz de nanofios tornaria isso possível, em princípio, para o dispositivo absorver toda a luz que entra e convertê-la em fotocorrente. Tal dispositivo tem potencial para eficiências de fótons extremamente altas em comparação com dispositivos baseados em filtro, que, por sua natureza, absorvem aproximadamente metade da luz que entra antes que ela atinja o sensor de imagem. A maior eficiência abriria caminho para câmeras com resoluções mais altas. Além de uma maior eficiência, esta abordagem simplifica o processo de fabricação. Como explicam os pesquisadores, os pixels com respostas de cores diferentes podem ser definidos ao mesmo tempo por meio de uma única etapa de litografia.

p Além disso, os fotodetectores baseados em nanofios também oferecem a oportunidade para imagens multiespectrais. As câmeras usam imagens multiespectrais para capturar luz em diferentes frequências do espectro, incluindo frequências além da faixa de luz visível. Com o novo método, diferentes partes do espectro podem ser direcionadas para absorção pela fabricação de nanofios com raios específicos, um processo relativamente simples em comparação com a fabricação de filtros e outros métodos. Os pesquisadores planejam trabalhar para melhorar ainda mais os fotodetectores no futuro.

p "Atualmente, estamos trabalhando na incorporação de fotodetectores de substrato para aumentar a eficiência, conforme mencionamos acima, "disse o co-autor Hyunsung Park da Universidade de Harvard." Além disso, estamos desenvolvendo fotodetectores elípticos baseados em nanofios para imagens resolvidas por polarização. O principal obstáculo para a comercialização é o nível mais alto de corrente escura desses dispositivos, devido ao fato de serem produzidos por corrosão. Isso vem do fato de que existem muitos estados de superfície, devido à grande proporção entre superfície e volume dos nanofios e danos à estrutura do cristal de silício devido à corrosão seca. Acreditamos que isso será resolvido no futuro por meio de um processo de fabricação alternativo ou pela adição de camadas de passivação. " p © 2014 Phys.org. Todos os direitos reservados.