Fotorivelatori su scala nanometrica potenziati
Tutti gli oggetti emettono e assorbono radiazioni infrarosse “visibili” come il calore. La tecnologia a infrarossi viene impiegata in un’ampia gamma di applicazioni, tra cui i sistemi di sorveglianza militare, il monitoraggio chimico, l’elaborazione di immagini biomedicali e i sistemi di visione computerizzata. Il potenziamento della sensibilità e la contestuale riduzione dei costi consentiranno all’UE di occupare una posizione competitiva in un ampio mercato globale. Il progetto COQUADOT (“Colloidal quantum dot infrared photodetectors”), finanziato dall’UE, ha tentato di raggiungere questi obiettivi, attraverso una combinazione delle proprietà avanzate di punti quantici colloidali in soluzione e di metodi di fabbricazione a basso costo e su vasta scala compatibili con tecnologie in silicio monolitico a film sottile. I punti quantici sono minuscoli nanocristalli di materiali semiconduttori. Gli scienziati di COQUADOT hanno studiato tecniche di rilevamento ottico a elevata sensibilità nella regione visibile e infrarossa dello spettro elettromagnetico mediante l’utilizzo di punti quantici e della plasmonica, ovvero un campo relativamente recente che studia i progressi compiuti nell’ambito dei quasi-campi ottici della sub-lunghezza d’onda durante l’interazione del campo elettromagnetico con elettroni conduttivi su un’interfaccia metallica o in nanostrutture metalliche. L’integrazione dei punti quantici nelle strutture plasmoniche, che comprendono nuove architetture sulla scala dei nanometri, come i reticoli a occhio di bue, ha offerto potenziamenti significativi sul piano delle prestazioni. Nuovi fotorivelatori ibridi sono stati accoppiati a punti quantici colloidali con semiconduttori in grafene e altri esemplari 2D, che hanno garantito prestazioni mai raggiunte prima in termini di fattore di risposta e di sensibilità. I fotorivelatori innovativi sono stati ulteriormente sviluppati per poter funzionare sia nella regione infrarossa, sia nella regione visibile. Un secondo filone di indagini è stato incentrato sull’analisi di un nuovo approccio teso al superamento dei limiti relativi alla banda proibita dei semiconduttori a punti quantici. I fotorivelatori plasmonici a portatore caldo sfruttano gli elettroni energetici generati dal rilassamento della risonanza plasmonica, vale a dire un’eccitazione, un fenomeno superficiale che si verifica sulle interfacce di alcuni materiali e nell’ambito del quale la fotostimolazione determina un’oscillazione risonante degli elettroni conduttivi. La nanostruttura metallica è stata realizzata in modo da determinare il fattore di risposta spettrale del fotorivelatore attraverso la geometria anziché la banda proibita del semiconduttore. Questi metodi apriranno nuovi scenari nell’ambito del rilevamento ottico e dei fotorivelatori a infrarossi a basso costo. I risultati di COQUADOT daranno un importante contributo a un campo importante e in continua crescita. Il potenziamento delle prestazioni dei fotorivelatori a infrarossi non garantirà soltanto una maggiore penetrazione dei mercati attuali, ma aprirà anche la strada a nuovi dispositivi ad alta tecnologia.
Parole chiave
Fotorivelatori, infrarosso, punto quantico colloidale, rilevamento ottico, plasmonica