Los fotodetectores de infrarrojos cercanos son herramientas cruciales en tecnologías de detección biomédica, así como en aplicaciones de defensa y seguridad. Para optimizar su rendimiento y permitir sistemas de imagen compactos e integrados, es fundamental que estos dispositivos sean capaces de detectar múltiples longitudes de onda de luz simultáneamente en un solo chip.
Los puntos cuánticos, diminutos cristales compuestos de material semiconductores, ofrecen una solución viable para este reto, dado que su tamaño puede ser ajustado para absorber diferentes longitudes de onda. Sin embargo, la deposición de películas de puntos cuánticos en superficies texturizadas y corrugadas, que son comunes en el ámbito de la infrarroja, presenta serias dificultades.
Nueva técnica de deposición de puntos cuánticos
Un estudio reciente publicado en la revista Nanoscale por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) ha introducido un nuevo método para la deposición de películas de puntos cuánticos en estas superficies corrugadas. Esta técnica elimina la necesidad de un procesamiento posterior, lo que a su vez mejora la escalabilidad y el rendimiento de los fotodetectores basados en puntos cuánticos.
Las estructuras microtexturizadas, como pirámides, pueden incrementar el rendimiento óptico de los fotodetectores al aumentar la probabilidad de absorción de fotones. Según Tom Nakotte, científico del LLNL y autor del estudio, “los sustratos texturizados permiten una utilización más eficiente de la luz infrarroja entrante, mejorando así la capacidad de respuesta del detector sin requerir películas de puntos cuánticos excesivamente gruesas”. Sin embargo, la deposición uniforme y libre de grietas en geometrías no planas ha sido un reto hasta ahora.
Para abordar esta problemática, el equipo utilizó la deposición electroforética, un método que impulsa partículas cargadas a través de una solución mediante un campo eléctrico. Cuando se sumergen en este entorno líquido, los puntos cuánticos migran hacia un electrodo de carga opuesta, donde se ensamblan en una película.
“Al activar o desactivar el campo eléctrico, se puede iniciar o detener el proceso de deposición”, añadió Christine Orme, también científica del LLNL. “Adicionalmente, dado que solo las superficies bajo un sesgo aplicado reciben la deposición, la técnica de deposición electroforética permite un recubrimiento selectivo, lo que facilita la deposición de puntos cuánticos únicamente en regiones predefinidas de un chip patrón”.
Tradicionalmente, los puntos cuánticos se sintetizan con largas ligaduras orgánicas que estabilizan los cristales en solución. Sin embargo, tras la deposición, estas ligaduras actúan como aislantes, obstaculizando el transporte de carga y limitando el rendimiento del dispositivo. El proceso de eliminación de estas ligaduras mediante un procesamiento posterior no solo alarga el tiempo de producción, sino que también incrementa la posibilidad de defectos, ya que puede generar grietas significativas en la película.
Mediante una ingeniería cuidadosa de solventes, los investigadores lograron fabricar películas de puntos cuánticos utilizando ligaduras cortas, que son más conductivas y eliminan la necesidad de procesamiento posterior. “Al combinar el intercambio de ligaduras en solución con la deposición electroforética, este estudio demostró que se pueden depositar películas de puntos cuánticos densas, conformales y funcionales electrónicamente en un solo paso”, señaló Xiaojie Xu, otro de los autores del estudio.
Como prueba de la técnica, el grupo creó dos fotoconductores simples que mostraron la respuesta esperada a la luz. Mientras que este estudio demuestra la capacidad de crear películas de puntos cuánticos en sustratos estructurados, el siguiente paso consistirá en depositar diferentes tamaños de puntos en distintas regiones, lo que permitirá el desarrollo de sensores personalizados capaces de detectar múltiples longitudes de onda de luz.
