Aunque nuestros ojos no pueden percibirla, la luz infrarroja de onda corta (SWIR, por sus siglas en inglés) promete revolucionar aplicaciones de visión por computadora en sectores como la robótica, la automoción y la electrónica de consumo. Los sensores de imagen que captan este espectro operan eficazmente bajo condiciones adversas –luz solar intensa, niebla, bruma o humo–, proporcionando además una iluminación segura para la vista humana y permitiendo la detección de propiedades materiales a través de la imagen molecular.
Un nuevo método de síntesis de puntos cuánticos de telururo de plata, recientemente desarrollado, se aplica a fotodetectores SWIR de alto rendimiento. Esta innovación tecnológica, basada en puntos cuánticos coloidales (CQD, por sus siglas en inglés), facilita el acceso a este espectro y su integración en la tecnología CMOS, común en dispositivos electrónicos y ordenadores.
Hasta ahora, la adopción de estos puntos cuánticos en el mercado se veía obstaculizada por la presencia de metales pesados como plomo o mercurio, regulados estrictamente por la Directiva Europea de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS). Sin embargo, un reciente estudio publicado en la revista Nature Photonics, realizado por investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en colaboración con la spinoff Qurv, presenta una solución prometedora: puntos cuánticos de telururo de plata no tóxicos.
El estudio describe un método innovador para sintetizar estos puntos cuánticos sin fosfina, preservando las propiedades optolectrónicas esenciales y abriendo el camino a su comercialización. El equipo, al trabajar en nanocristales de telururo de bismuto y plata, descubrió que el subproducto telururo de plata (Ag₂Te) poseía una fuerte y modulable absorción cuántica, ideal para desarrollar fotodetectores y sensores de imagen SWIR.
Utilizando compuestos libres de fosfina como precursores, los investigadores lograron puntos cuánticos bien distribuidos por tamaño y con picos de excitación amplios en el espectro lumínico. Estos puntos cuánticos mostraron rendimientos inéditos, con picos excitónicos prominentes por encima de los 1500 nanómetros, superando técnicas anteriores basadas en fosfina.
Al integrar estos puntos en un fotodetector de laboratorio sobre un substrato de vidrio con una capa de ITO, los investigadores enfrentaron el desafío de invertir la configuración de la entrada de luz. Aunque inicialmente el rendimiento fue bajo, incorporar una capa buffer en el dispositivo mejoró significativamente su desempeño tanto en rango espectral como en capacidad de detección a temperatura ambiente.
Gerasimos Konstantatos, profesor del ICFO y coautor del estudio, destacó que esta investigación representa la primera solución no tóxica procesada de fotodiodos SWIR con un rendimiento comparable a los desarrollados con metales pesados. "Estos resultados muestran que los puntos cuánticos de Ag₂Te son un material prometedor, compatible con la directiva RoHS para aplicaciones de fotodetección SWIR de alto rendimiento y bajo coste", afirmó.
En colaboración con Qurv, los investigadores demostraron el potencial de esta tecnología mediante la construcción de una prueba de concepto de sensor de imagen SWIR capaz de operar a temperatura ambiente. Integraron el fotodiodo en un CMOS sobre un circuito integrado de lectura digital (ROIC) y un plano focal (FPA), logrando obtener imágenes del contenido de una botella de plástico opaca bajo luz visible, entre otros ejemplos.
Konstantatos subrayó que acceder al SWIR con tecnología de bajo coste abre posibilidades para diversas aplicaciones, incluyendo sistemas de visión mejorada en automoción y detección de largo alcance (LiDAR) para realidad aumentada y virtual.
Los investigadores ahora se enfocan en mejorar el rendimiento de los fotodiodos mediante el diseño y modificación de capas en el dispositivo. También exploran nuevas superficies químicas para los puntos cuánticos Ag₂Te, con el objetivo de elevar su rendimiento y estabilidad térmica y ambiental, avanzando hacia su comercialización.
