Presentata la piattaforma spettrometrica integrata che utilizza semiconduttori processabili

L'acquisizione di informazioni spettrali in tempo reale nella diagnosi presso il punto di cura, nell'Internet delle cose e in altre applicazioni lab-on-chip richiede spettrometri con capacità di eterointegrazione e funzionalità miniaturizzate. Rispetto ai semiconduttori convenzionali integrati mediante eteroepitassia, i semiconduttori processabili in soluzione forniscono una piattaforma di integrazione molto flessibile grazie alla loro processabilità in soluzione e, quindi, più adatti per il sistema integrato multimateriale. Tuttavia, i semiconduttori processabili in soluzione sono solitamente incompatibili con i processi di microfabbricazione, rendendoli lontani dall’uso pratico in varie applicazioni lab-on-chip.

In un nuovo articolo pubblicato su Light: Science & Applications, un team di scienziati, guidato dal professor Qinghai Song del Ministero dell'Industria e dell'Information Technology, Key Lab of Micro-Nano Optoelectronic Information System, Guangdong Provincial Key Laboratory of Semiconductor Optoelectronic Materials and Intelligent Photonic Systems, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), Cina, ha proposto una piattaforma semplice e universale per fabbricare spettrometri integrati con semiconduttori processabili in soluzione coinvolgendo senza precedenti la modalità coniugata degli stati legati nella fotonica del continuo (BIC coniugato).

Nello specifico, sfruttando la fotonica BIC coniugata, che rimane inesplorata negli studi laser convenzionali, si rendono i fotodiodi a banda larga con capacità di rilevamento a banda ultrastretta, sintonizzabilità della lunghezza d'onda di rilevamento e capacità di integrazione su chip, garantendo al tempo stesso le prestazioni del dispositivo. Gli spettrometri basati su questi array di fotodiodi a banda ultrastretta presentano un'elevata risoluzione spettrale e una larghezza di banda spettrale ampia/regolabile. I processi di fabbricazione sono compatibili con fotodiodi semiconduttori processabili in soluzione come perovskiti e punti quantici, che possono essere potenzialmente estesi ai semiconduttori convenzionali. I segnali provenienti dagli spettrometri costituiscono direttamente gli spettri incidenti senza essere ad alta intensità di calcolo, sensibili alla latenza e intolleranti agli errori. Ad esempio, gli spettrometri integrati basati su fotodiodi di perovskite sono in grado di realizzare la ricostruzione della luce a banda stretta/larga e l'imaging iperspettrale in situ. La piattaforma segnalata fornisce informazioni sulla costruzione di spettrometri integrati con un sistema integrato multimateriale.

"L'esplorazione del BIC coniugato non è convenzionale se paragonata ai popolari studi sui laser BIC. Attraverso lo studio teorico, scopriamo che il BIC coniugato sperimenta un'elevata perdita e un Q decente mentre può essere facilmente eccitato e accoppiato. Considerando che il BIC coniugato la fotonica può essere fabbricata facilmente e le loro lunghezze d'onda risonanti possono essere sintonizzate in modo efficace, prevediamo che il BIC coniugato è molto adatto per applicazioni di fotorilevamento risolte in lunghezza d'onda."

"Anche la risoluzione dei problemi legati alla fabbricazione di array di fotodiodi di perovskite e la loro integrazione con la fotonica BIC coniugata mediante processi di microfabbricazione è importante poiché i materiali e le interfacce dei dispositivi possono essere facilmente distrutti durante i processi da solventi e calore. Crediamo anche che la piattaforma di integrazione fotonica-optoelettronica che abbiamo proposto può fornire informazioni utili per ampliare le funzionalità e le applicazioni dei semiconduttori emergenti processabili in soluzione come le perovskiti." prevedono gli scienziati.