Un equipo de investigación conjunto coreano-estadounidense, compuesto por el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST), la Universidad de Inha y la Universidad de Yale en los Estados Unidos, ha desarrollado una tecnología de sensor de imagen de alta resolución de próxima generación, que puede implementar un sensor de imagen de alto rendimiento con mayor eficiencia energética y tamaño más pequeño que los sensores existentes. Este hallazgo aumenta la posibilidad de fabricar futuros sensores para sistemas de seguridad, cámaras digitales o aplicaciones de sensores, entre otros.
Los investigadores presentaron un fotodiodo de banda ancha (PD) ultrafino que ha permitido crear un nuevo punto de inflexión en la tecnología de sensores de imagen de alto rendimiento. Esta investigación ha mejorado el equilibrio entre el espesor de la capa de absorción y la eficiencia cuántica observado en las tecnologías de fotodiodos existentes. En particular, se ha logrado una alta eficiencia cuántica de más del 70%, incluso con una capa de absorción tan delgada como 1 μm, dando como resultado una reducción del espesor de la capa absorbente de la tecnología existente en aproximadamente un 70%.
A medida que la capa de absorción es más delgada, el proceso de píxeles se vuelve más simple, lo que permite lograr una alta resolución, y la difusión del portador es más suave, lo cual es ventajoso para obtener portadores ópticos. Sin embargo, existe el problema de que a medida que la capa de absorción se vuelve más delgada, la absorción de luz de longitud de onda larga disminuye.
Absorción de luz en un amplio rango espectral
Al introducir una estructura de resonancia en modo guiado (GMR), los investigadores demostraron que la absorción de luz de alta eficiencia se puede mantener en un amplio rango espectral de 400 nm a 1.700 nm. Se espera que esta banda de longitud de onda desempeñe un papel importante en una variedad de aplicaciones industriales, incluida no solo la región de la luz visible sino también la región del infrarrojo de onda corta (SWIR).
Se espera que las mejoras de rendimiento en la región infrarroja de onda corta contribuyan significativamente al desarrollo de sensores de imagen de próxima generación con una resolución cada vez mayor. En particular, la estructura de resonancia de modo guiado tiene el potencial de aumentar aún más la resolución y otros rendimientos a través de la integración híbrida y la integración 3D monolítica con un circuito de lectura de señales (ROIC) basado en semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS).
Con este hallazgo, el equipo de investigación ha aumentado considerablemente la viabilidad de realizar futuros sensores de imágenes de ultra alta resolución, incluso en cámaras digitales, sistemas de seguridad, imágenes médicas e industriales, aplicaciones de sensores, conducción de vehículos autónomos y observación aérea y por satélite.