Empa/EPFZ: vers des capteurs d’images en pérovskite

Keystone-SDA

Des scientifiques de l'Empa et de l'EPF de Zurich présentent dans la revue Nature des capteurs d'image en pérovskite. Ils pourraient remplacer avantageusement les capteurs actuels en silicium présents dans les smartphones et appareils photo numériques.

(Keystone-ATS) Les capteurs d’image reconnaissent les couleurs d’une manière similaire à l’œil humain. Alors que sur notre rétine, des cellules à cônes reconnaissent le rouge, le vert et le bleu (RVB), sur les capteurs d’images, ce sont des pixels individuels qui absorbent les longueurs d’onde correspondantes et les transforment en signaux électriques.

La plupart des capteurs d’images sont composés de silicium. Ce matériau semi-conducteur absorbe normalement la lumière dans tout le spectre visible. Pour en faire des capteurs d’images RVB, la lumière incidente doit être filtrée.

Or les pixels pour le rouge contiennent des filtres qui bloquent, et donc gaspillent, le vert et le bleu, et ainsi de suite. Chaque pixel d’un capteur d’image au silicium ne reçoit ainsi qu’un tiers environ de la quantité totale de lumière incidente.

Facile à traiter

L’équipe de Maksym Kovalenko, au Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa) et à l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ), propose une nouvelle solution qui permet à une caméra d’utiliser toute la lumière pour l’enregistrement des couleurs.

La base de ce capteur d’image innovant est l’halogénure de plomb pérovskite. Ce matériau cristallin est un semi-conducteur. Mais contrairement au silicium, il est particulièrement facile à traiter et ses propriétés physiques varient en fonction de sa composition chimique.

Si la pérovskite contient un peu plus d’ions d’iode, elle absorbe la lumière rouge. Pour le vert, les scientifiques ajoutent plus de brome, pour le bleu plus de chlore, sans aucun filtre.

Pour les autres longueurs d’onde, les couches de pixels en pérovskite restent transparentes et les laissent donc passer. Ainsi, les pixels pour le rouge, le vert et le bleu peuvent être empilés les uns sur les autres dans le capteur d’image, contrairement aux capteurs d’image en silicium, où les pixels sont placés les uns à côté des autres.

Meilleure résolution

Grâce à cette disposition, les capteurs d’images à base de pérovskite peuvent théoriquement capter trois fois plus de lumière sur la même surface que les capteurs d’images traditionnels, et ce avec une résolution trois fois meilleure.

Les scientifiques ont construit deux capteurs d’images à couche mince en pérovskite qui fonctionnent. Avec ces deux prototypes, ils ont pu montrer que la technologie peut tout à fait être miniaturisée.

« Nous continuons à développer la technologie en passant d’une preuve de concept grossière à une dimension dans laquelle elle pourrait réellement être utilisée », explique Maksym Kovalenko, cité mercredi dans un communiqué de l’Empa.

Les appareils photo numériques grand public ne sont pas le seul domaine d’application potentiel. Ces nouveaux capteurs conviendraient aussi particulièrement bien aux applications dans le domaine de la vision artificielle et pourraient être utilisés dans le domaine des analyses médicales ou de la surveillance automatisée de l’agriculture et de l’environnement.