Il microscopio olografico più piccolo ha bisogno del LED al silicio più piccolo di sempre

Questa forma di microscopio non ha un'ottica convenzionale (vedi diagrammi), ma utilizza la matematica per ricostruire un'immagine dell'oggetto dai modelli di interferenza. In questo caso, SMART ha creato un'architettura di rete neurale profonda per eseguire la ricostruzione, in questo caso di semi di piante e campioni di tessuto

Il LED a temperatura ambiente è stato fabbricato su un wafer da 300 mm utilizzando un processo CMOS bulk commerciale non modificato da 55 nm insieme a componenti elettronici e altri componenti fotonici ed emette infrarossi da 1.1 μm a oltre > 50 mW/cm² da un'area inferiore a 0.14 μm² (~400nm di diametro).

Al microscopio, si trova di fronte a un sensore di immagine CMOS da 10 x 12 mm e 9.5 Mpixel. È stato possibile eseguire l'imaging di sfere di diametro di 20 μm.

La passivazione superficiale si è rivelata importante per il LED, poiché la ricombinazione non radiativa dovuta a difetti superficiali diventa più un problema man mano che le dimensioni si riducono. I portatori erano confinati da uno strato di ossido di gate e dal campo elettrico del contatto superiore di iniezione del portante, realizzato in polisilicio trasparente invece che in metallo opaco per migliorare l'emissione.

Sulla ricostruzione dell'immagine, SMART ha affermato: "I metodi di ricostruzione tradizionali richiedono una conoscenza dettagliata della configurazione sperimentale per una ricostruzione accurata e sono sensibili a variabili difficili da controllare come le aberrazioni ottiche, la presenza di rumore e il problema dell'immagine gemella".

La rete neurale del team tiene conto delle variabili di sistema e può essere utilizzata senza alcuna conoscenza preliminare dello spettro né del profilo del raggio della sorgente luminosa. Non ha bisogno di dati di addestramento e ha invece un modello fisico incorporato nel suo algoritmo.

"Oltre alla ricostruzione dell'immagine olografica, la rete neutra offre il recupero dello spettro della sorgente cieca da un singolo modello di intensità diffratto, che segna un allontanamento da tutte le precedenti tecniche di apprendimento supervisionato", secondo SMART, che vede simili microscopi di rete neurale LED utilizzati per tracciamento di cellule vive o imaging spettroscopico di tessuti biologici come piante viventi.

Dei LED ha detto: "Ulteriori applicazioni includono l'array di questi LED in CMOS per generare un'illuminazione coerente programmabile per sistemi più complessi".

I dettagli completi del LED sono stati pubblicati nel documento di Nature Communications disponibile gratuitamente "A sub-wavelength Si LED integrated in a CMOS platform" e i dettagli della nuova rete neurale non addestrata possono essere trovati in "Simultaneous spectral recovery and CMOS micro-LED olografia con una rete neurale profonda non addestrata', pubblicata su Optica, e disponibile anche senza pagamento.

Immagini: Alleanza Singapore-MIT per la ricerca e Tecnologia (INTELIGENTE)

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