Un equipo de investigadores de la Universidad KAIST en Corea del Sur ha presentado un innovador fotodetector de medio infrarrojo que promete revolucionar el campo de la detección de gases y la monitorización ambiental. Este avance se basa en un diseño que permite su funcionamiento a temperatura ambiente, lo que representa un hito significativo en la comercialización de sensores ópticos ultracompactos.
La investigación, liderada por el profesor SangHyeon Kim de la Escuela de Ingeniería Eléctrica, ha sido publicada en la revista Light: Science & Applications. El nuevo fotodetector utiliza procesos convencionales basados en tecnología CMOS de silicio, lo que facilita su producción en masa a bajo coste.
Innovación en la Detección de Gases
Uno de los logros más destacados de este desarrollo es su capacidad para detectar el dióxido de carbono (CO2) en tiempo real, utilizando sensores ópticos ultracompactos. Esto abre nuevas posibilidades para la monitorización ambiental y el análisis de gases peligrosos. A diferencia de los fotodetectores de medio infrarrojo existentes, que requieren sistemas de refrigeración debido al alto ruido térmico a temperatura ambiente, el nuevo dispositivo elimina esta necesidad, reduciendo así el tamaño y el coste de los equipos.
Tradicionalmente, los fotodetectores de medio infrarrojo han sido incompatibles con los procesos CMOS basados en silicio, lo que ha limitado su producción a gran escala. Sin embargo, el equipo de KAIST ha superado estas limitaciones al desarrollar un fotodetector integrado en una guía de ondas utilizando germanio (Ge), un elemento del Grupo IV, similar al silicio. Este enfoque permite una detección de amplio espectro en la región del medio infrarrojo mientras se mantiene una operación estable a temperatura ambiente.
La guía de ondas es una estructura diseñada para guiar la luz de manera eficiente a lo largo de un camino específico con pérdidas mínimas. Este desarrollo es esencial para implementar diversas funciones ópticas en un chip, lo que representa una mejora significativa en la tecnología de sensores. A diferencia de los fotodetectores convencionales, que se basan principalmente en principios de absorción de banda prohibida, esta nueva tecnología aprovecha el efecto bolométrico, lo que le permite detectar una amplia gama de especies moleculares.
El fotodetector integrado en guía de ondas desarrollado por el equipo de investigación se considera una innovación fundamental, ya que supera las limitaciones de las tecnologías de sensores de medio infrarrojo existentes, como la necesidad de refrigeración, las dificultades en la producción masiva y los altos costos asociados.
El profesor SangHyeon Kim ha destacado que esta investigación representa un enfoque novedoso que supera las limitaciones de las tecnologías de fotodetectores de medio infrarrojo actuales y tiene un gran potencial para aplicaciones prácticas en diversos campos, que incluyen la monitorización ambiental, diagnósticos médicos, gestión de procesos industriales, defensa nacional y dispositivos inteligentes. Además, la compatibilidad con procesos CMOS permite una producción en masa a bajo coste, lo que resulta altamente adecuado para los sistemas de monitorización ambiental de próxima generación y los sitios de fabricación inteligente.
