(Phys.org):la mayoría de las cámaras digitales actuales logran el color mediante el rojo, verde, y filtros de color azul Bayer a través de los cuales pasa la luz en su camino hacia los sensores de imagen de la cámara, que luego convierten la luz en señales eléctricas. Aunque esta tecnología de filtro de color está muy extendida, tiene algunas desventajas relacionadas con la durabilidad, coeficiente de absorción bajo, y complejidad de fabricación. Además, la luz absorbida en el filtro de color no se puede convertir en fotocorriente. Para maximizar la eficiencia en las tendencias de mayor densidad de píxeles, esta luz debe convertirse en fotocorriente.

En los años pasados, Los investigadores han estado investigando nuevas formas de lograr color en cámaras digitales que no dependen de los filtros de colorantes orgánicos convencionales. En un nuevo artículo publicado en Nano letras , un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, y Zena Technologies Inc., en Topsfield, Massachusetts, han presentado un nuevo enfoque sin filtros para la creación de imágenes en color. La técnica utiliza nanocables de silicio con diferentes radios para absorber longitudes de onda específicas, y así colores, de luz y convertir la luz en fotocorriente.

"Nuestro enfoque basado en nanocables realiza imágenes en color sin filtros de color convencionales, "dijo el coautor Kenneth B. Crozier de la Universidad de Harvard Phys.org . "Esto tiene dos ventajas principales. Primero, nuestro enfoque simplifica el proceso de fabricación. Los píxeles del sensor de imagen basados ​​en nanocables con diferentes respuestas de color se pueden definir al mismo tiempo a través de un solo paso de litografía. Esto significa que no se necesitan materiales adicionales ni pasos repetidos de deposición para separar los colores. Segundo, nuestro enfoque abre el camino para aumentar la eficiencia de un sensor de imagen. Cada nanoalambre captura la luz de un color específico, y lo convierte en fotocorriente. Si añadimos fotodetector de sustrato, podemos capturar el resto del espectro. De este modo, el sensor de imagen puede tener una mayor eficiencia, ya que los fotones no serían descartados por filtros absorbentes ".

El nuevo enfoque aprovecha las propiedades ópticas y eléctricas únicas de los nanocables semiconductores unidimensionales. Investigaciones anteriores han demostrado que los nanocables de silicio absorben longitudes de onda de luz que varían con el radio de los nanocables. permitiendo el control de la absorción de luz mediante la fabricación de nanocables con radios controlados utilizando un solo paso de litografía. Sin embargo, no se han realizado experimentos de imágenes en color con nanocables de silicio hasta ahora, en parte debido a la dificultad de ensamblar un gran número de nanocables en matrices.

En el nuevo estudio, los investigadores fabricaron con éxito matrices de 100 x 100 nanocables verticales con radios de 80, 100, 120, y 140 nm, permitiendo que los nanocables absorban diferentes longitudes de onda de luz. Los investigadores demostraron que estos fotodetectores basados ​​en nanocables pueden fotografiar imágenes en color de escenas de prueba y la tarjeta Macbeth ColorChecker con una calidad muy similar a la obtenida con una cámara convencional.

La nueva técnica de imágenes en color sin filtro tiene algunas ventajas clave en comparación con la técnica de filtro convencional, siendo quizás el más importante una mayor eficiencia de absorción que permite mayores densidades de píxeles y mayor resolución. Los investigadores predicen que agregar un fotodetector inferior a la matriz de nanocables lo haría posible, en principio, para que el dispositivo absorba toda la luz entrante y la convierta en fotocorriente. Un dispositivo de este tipo tiene el potencial de lograr eficiencias de fotones extremadamente altas en comparación con los dispositivos basados ​​en filtros. que por su naturaleza absorben aproximadamente la mitad de la luz entrante antes de que llegue al sensor de imagen. La mayor eficiencia allanaría el camino para cámaras con resoluciones más altas. Además de una eficiencia mejorada, este enfoque simplifica el proceso de fabricación. Como explican los investigadores, los píxeles con diferentes respuestas de color se pueden definir al mismo tiempo a través de un solo paso de litografía.

Es más, Los fotodetectores basados ​​en nanocables también ofrecen la oportunidad de obtener imágenes multiespectrales. Las cámaras utilizan imágenes multiespectrales para capturar la luz en diferentes frecuencias del espectro, incluidas las frecuencias más allá del rango de luz visible. Con el nuevo método, diferentes partes del espectro pueden ser objeto de absorción mediante la fabricación de nanocables con radios específicos, un proceso relativamente simple en comparación con la fabricación de filtros y otros métodos. Los investigadores planean trabajar para mejorar aún más los fotodetectores en el futuro.

"Actualmente estamos trabajando en la incorporación de fotodetectores de sustrato para aumentar la eficiencia como mencionamos anteriormente, ", dijo el coautor Hyunsung Park de la Universidad de Harvard." Además, Estamos desarrollando fotodetectores elípticos basados ​​en nanocables para imágenes con resolución de polarización. El principal obstáculo para la comercialización es el mayor nivel de corriente oscura de estos dispositivos, por el hecho de que se producen por grabado. Esto se debe al hecho de que hay muchos estados de superficie, debido a la gran relación superficie-volumen de los nanocables y al daño a la estructura del cristal de silicio por grabado en seco. Creemos que esto se resolverá en el futuro mediante un proceso de fabricación alternativo o agregando capas de pasivación ".

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