Dal PoliMi il rilevatore a infrarossi che smaschera anche le contraffazioni

Un rivelatore infrarosso a doppia banda per numerose applicazioni come la visione in condizioni meteo avverse (presenza di fumo, nebbia o foschia), il riconoscimento di materiali, l’analisi degli strati di pittura di un dipinto o l’identificazione di banconote false.

Questo il frutto di uno studio condotto dai ricercatori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, guidati dal professor Giovanni Isella, insieme a un gruppo di ricercatori del centro tedesco di ricerca Forschungszentrum Jülich (FZJ), guidato dal dottor Dan Buca, presentato sulla rivista ACS Photonics. Integrato su un chip di silicio, il nuovo strumento apre la strada a spettrometri miniaturizzati compatti.

I dispositivi proposti, rispetto a quelli attualmente sul mercato, prevedono l’utilizzo di materiali più economici - quali il germanio e lo stagno - e la realizzazione tramite processi compatibili con le tecniche di fabbricazione già utilizzate in ambito microelettronico, consentendo di ottenere spettrometri miniaturizzati compatti privi di componenti meccaniche a costi decisamente inferiori.

Ciò apre la strada a nuove interessanti applicazioni dell’imaging infrarosso in ambiti quali l’Automotive, l’Home Security e la Machine Vision.

Come funziona

Il nuovo rivelatore è in grado, senza l’utilizzo di filtri o altri elementi ottici, di fornire due immagini spettralmente diverse ma complementari di un medesimo oggetto grazie alla capacità, al variare del segno della tensione di polarizzazione applicata, di fornire una risposta spettrale commutabile tra le due bande del vicino infrarosso (NIR) e dell’infrarosso a onde corte (SWIR).

Nel campo dell’imaging infrarosso, spiega il Politecnico, si aprono così nuove applicazioni, come mostrato dalla possibilità di riconoscere due diversi solventi che appaiono perfettamente trasparenti e del tutto simili all’acqua se analizzati utilizzando semplicemente la luce visibile.

La possibilità di variare la fotorisposta grazie alla tensione applicata consente, inoltre, un nuovo approccio all’analisi spettrale, dimostrato dall’identificazione della lunghezza d’onda di un fascio monocromatico ottenuta senza l’utilizzo di elementi disperdenti come reticoli o prismi.

L’assenza di elementi ottici permetterà di ottenere spettrometri miniaturizzati compatti, che non necessitano di alcuna componente meccanica. Oggi il costo dei dispositivi infrarossi disponibili sul mercato ne impedisce di fatto l’utilizzo in campi di applicazione quali automotive, Home Security e Machine Vision. Il dispositivo proposto è, invece, ottenuto utilizzando materiali più economici quali il germanio e lo stagno, e processi compatibili con le tecniche di fabbricazione già utilizzate in ambito microelettronico ed è quindi realizzabile a costi più contenuti.

L’articolo

Per gli addetti ai lavori, nell’abstract dell’articolo si legge che “il rilevamento multispettrale a infrarossi (IR) sta attirando un crescente interesse vista la crescente domanda di alta sensibilità spettrale, funzionamento a temperatura ambiente e dispositivi compatibili con CMOS. Qui presentiamo un rivelatore a doppia banda a due terminali, che fornisce una risposta spettrale commutabile in polarizzazione in due bande IR distinte. Il dispositivo è ottenuto da uno stack verticale di GeSn/Ge/Si, che forma una struttura a doppia giunzione n-i-p-i-n, cresciuta epitassialmente su un wafer di Si. La fotorisposta può essere commutata invertendo la polarità tra la banda IR vicina e quella a onde corte, con rilevabilità specifiche di 1,9 × 1010 e 4,0 × 109 cm·(Hz)1/2/W, rispettivamente. La possibilità di rilevare due bande spettrali con lo stesso pixel apre interessanti applicazioni nel campo dell’imaging IR e del riconoscimento di materiali, come mostrato in un test di rilevamento di solventi. La regolazione continua della tensione, combinata con la fotorisposta non lineare del rivelatore, consente un nuovo approccio all’analisi spettrale, dimostrato dall’identificazione della lunghezza d’onda di un raggio monocromatico”.