Fotodetectores mejorados a nanoescala
Todos los objetos emiten y absorben radiación IR, que las personas «ven» en forma de calor. Desde la vigilancia militar hasta la monitorización química, la captación de imágenes biomédicas y la visión por ordenador, la tecnología IR tiene miles de aplicaciones. Mejorar la sensibilidad y reducir el coste garantizará una posición competitiva de la Unión Europea en un sector de mercado global de grandes dimensiones. El proyecto «Colloidal quantum dot infrared photodetectors» (COQUADOT), financiado por la Unión Europea, tenía como finalidad abordar este desafío. Su objetivo fue combinar las propiedades avanzadas de los puntos cuánticos coloidales procesados en solución con métodos de fabricación a gran escala de bajo coste compatibles con la tecnología monolítica de láminas delgadas sobre silicio. Los puntos cuánticos son nanocristales diminutos de material semiconductor. Los científicos de COQUADOT estudiaron las vías para lograr la detección óptica con alta sensibilidad en las regiones visible e infrarroja del espectro electromagnético aprovechando los puntos cuánticos y la plasmónica. La plasmónica es un campo relativamente nuevo que estudia la intensificación de los campos próximos ópticos de sub-longitudes de onda cuando el campo electromagnético interactúa con electrones conductores en una interfaz metálica o en nanoestructuras metálicas. La integración de puntos cuánticos con estructuras plasmónicas, incluidas las nuevas arquitecturas de nanoenfoque, como las redes en ojo de pez, dio lugar a una mejora notable del rendimiento. La combinación de puntos cuánticos coloidales con grafeno y otros semiconductores 2D dieron lugar a nuevos fotodetectores híbridos con un rendimiento sin precedentes (en cuanto a receptividad y sensibilidad). Estos fotodetectores innovadores se desarrollaron para poder funcionar en las regiones visible e infrarroja. Una segunda línea de estudio investigó un nuevo enfoque para superar las limitaciones de la banda prohibida de los puntos cuánticos semiconductores. Los fotodetectores basados en plasmones con portadores calientes aprovechan la presencia de electrones con alta energía generados por la relajación de la resonancia plasmónica. Esto último es una excitación, un fenómeno superficial que se produce en ciertas interfaces entre materiales en las cuales la fotoestimulación da lugar a una oscilación resonante de los electrones de conducción. La nanoestructura metálica se diseñó de tal modo que la respuesta espectral del fotodetector está determinada por la geometría y no por la banda prohibida del semiconductor. Se espera que esta aproximación dé lugar a nuevas formas de obtener detectores ópticos y a fotodetectores de infrarrojo de bajo coste. Los resultados de COQUADOT son una aportación importante a un campo robusto y en crecimiento. La mejora del rendimiento de los fotodetectores de infrarrojo no solo mejorará la penetración en los mercados actuales, sino que, además, abre las puertas a nuevos mercados de alta tecnología.
Palabras clave
Fotodetectores, infrarrojo, punto cuántico coloidal, detección óptica, plasmónica
