Rivelatori a infrarossi miniaturizzati per l’integrazione su chip

L’estrema miniaturizzazione dei rivelatori a infrarossi è fondamentale per la loro integrazione nell’elettronica di consumo di prossima generazione, negli indossabili e nei satelliti ultrapiatti.
Finora, infatti, i rivelatori IR si erano affidati a materiali e tecnologie ingombranti (e costosi).
Un team di scienziati guidati da Ivan Shorubalko, ricercatore dell’EMPA in Svizzera, è ora riuscito a sviluppare un processo di miniaturizzazione economicamente vantaggioso per gli spettrometri a raggi infrarossi basati su un fotorivelatore a punti quantici, che può essere integrato in un singolo chip, come viene riportato in un articolo sulla rivista “Nature Photonics”.

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Alimenti, sostanze chimiche pericolose, inquinamento e farmaci sotto controllo

La miniaturizzazione degli spettrometri a infrarossi ne consentirà un uso più ampio nell’elettronica di consumo, come gli smartphone che consentono il controllo degli alimenti, il rilevamento di sostanze chimiche pericolose, il monitoraggio dell’inquinamento atmosferico e l’elettronica indossabile.
Possono essere utilizzati per il rilevamento rapido e semplice di alcune sostanze chimiche senza l’utilizzo di apparecchiature di laboratorio.
Inoltre, possono essere utili per il rilevamento di farmaci e sostanze medicali contraffatte e dei gas serra, come il metano e la CO2.

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Il tellururo di mercurio (Hg Te) compatibile con i semiconduttori complementari

Un team di scienziati dei Laboratori Federali Svizzeri per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali (EMPA) di San Gallo, Thun e Dübendorf, dei Politecnici Federali di Zurigo (ETH) e Losanna (EPFL), dell’Università di Salamanca, in Spagna, dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e dell’Università di Basilea ha ora realizzato uno spettrometro miniaturizzato a guida d’onda a trasformata di Fourier che incorpora un fotorivelatore a lunghezza d’onda inferiore come sensore di luce, costituito da un punto quantico colloidale di tellururo di mercurio (Hg Te) e compatibile con la tecnologia dei semiconduttori complementari a ossido di metallo (CMOS), come descritto in una pubblicazione.

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Effetti straordinari sugli spettrometri di vario tipo: dai biosensori alle telecamere

Lo spettrometro risultante presenta un’ampia larghezza di banda spettrale e una risoluzione moderata di 50 cm-1, con un volume totale dello spettrometro attivo inferiore a 100 μm × 100 μm × 100 μm.
Questo design ultracompatto dello spettrometro consente l’integrazione di strumenti di misura ottico-analitici nell’elettronica di consumo e nei dispositivi spaziali.
“L’integrazione monolitica di fotorivelatori IR di lunghezza inferiore alla lunghezza d’onda ha un effetto straordinario sulla scalabilità degli spettrometri a guida d’onda a trasformata di Fourier”, afferma Ivan Shorubalko, ricercatore dell’EMPA.
“Ma questo può essere di grande interesse anche per gli spettrometri Raman miniaturizzati, i biosensori e i dispositivi lab-on-a-chip, nonché per lo sviluppo di telecamere iperspettrali istantanee ad alta risoluzione”. LaMDA, Google e le virtù di una… “professoressa tascabile”