Investigadores del ICFO desarrollan un fotodetector híbrido basado en un fotodiodo de puntos cuánticos coloidales activos integrado en un fototransistor de grafeno.
En las últimas décadas, el desarrollo de fotodetectores ha atraído un gran interés debido a que sus aplicaciones se han tornado importantes en muchas áreas, entre otras, para dispositivos fotográficos y médicos, equipos de seguridad, dispositivos de comunicación óptica o incluso instrumentos de medición.
La investigación optoelectrónica ha concentrado grandes esfuerzos en buscar crear fotodetectores de bajo coste con alta sensibilidad, alta eficiencia cuántica, alta ganancia y una rápida foto-respuesta. Esto es de gran importancia especialmente para las longitudes de onda corta, la cual está actualmente regida por fotodetectores muy caros de III-V InGaAs. La fabricación de dos clases fotodetectores, los fotodiodos y fototransistores, ha logrado cumplir parcialmente estos objetivos, ya que a pesar de que ambos tienen excelentes propiedades, ninguno de los dos consigue cumplir con la lista completa de requisitos. Mientras los fotodiodos son mucho más rápidos que los fototransistores, estos últimos tienen una mayor ganancia y no requieren preamplificadores de bajo ruido para su uso.
Con el fin de superar estas limitaciones, los investigadores del ICFO Ivan Nikitskiy, Stijn Goossens, Dominik Kufer, Tania Lasanta, Gabriele Navickaite, dirigidos por los profesores ICREA en el ICFO Frank Koppens y Gerasimos Konstantatos, han logrado desarrollar un fotodetector híbrido capaz de alcanzar, de forma concomitante, mejoras de rendimiento en términos de velocidad, eficiencia cuántica y rango dinámico lineal, rindiendo no sólo en el visible sino también en el infrarrojo cercano (NIR: 700-1400nm) y el rango SWIR (1400-3000nm). Al mismo tiempo, han demostrado que esta tecnología se basa en materiales que pueden ser integrados monolíticamente con la electrónica CMOS de silicio, así como plataformas electrónicas flexibles. Los resultados de este trabajo han sido publicados recientemente en la revista científica Nature Communications.
Para poder conseguir esto, el equipo de investigadores desarrolló un dispositivo híbrido integrando un fotodiodo de puntos cuánticos coloidales activos con un fototransistor de grafeno. Al incluir el fotodiodo de puntos cuánticos «activos», fueron capaces de aumentar la recolección de carga en la capa de película de estos puntos cuánticos, altamente absorbente, la cual a su vez ha conllevado a un aumento de la eficiencia cuántica, así como la foto-respuesta. La capa activa de puntos cuánticos consiguió generar una recolección de carga más eficaz mediante la explotación del movimiento de deriva de las cargas hacia la capa de grafeno en lugar de potenciar únicamente la difusión de estas mismas. Posteriormente, los investigadores combinaron esta estructura con un transistor de grafeno para conseguir registrar ganancias ultra altas debido al carácter 2D así como a la movilidad alta de cargas del grafeno.
Los resultados obtenidos en este estudio han demostrado que esta arquitectura híbrida demuestra claramente el potencial de materiales basados en grafeno y puntos cuánticos activos, abriendo así nuevas vías para su integración en otro tipo de materiales optoelectrónicos, con el fin de buscar un rendimiento mucho mayor y un espectro más amplio de funcionalidades.
Enlace al artículo: http://www.nature.com/ncomms/2016/160617/ncomms11954/full/ncomms11954.html
Enlace al grupo de investigación dirigido por el Profesor ICREA del ICFO Gerasimos Konstantatos: https://www.icfo.eu/research/groups-details?group_id=30
Enlace al grupo de investigación dirigido por el Profesor ICREA del ICFO Frank Koppens: https://www.icfo.eu/research/groups-details?group_id=31