Zmogljiv nov fotodetektor lahko omogoči optoelektronski napredek

Anonim

V današnji močnejši elektroniki so drobni materiali nujni, saj proizvajalci poskušajo povečati učinkovitost, ne da bi se dodali v razsutem stanju.

Manjši je tudi za optoelektronske naprave, kot so senzorji kamere ali sončne celice - ki zbirajo svetlobo in jo pretvarjajo v električno energijo. Pomislite, na primer, o zmanjšanju velikosti in teže serije sončnih celic, ki proizvajajo kakovostnejšo fotografijo v slabih svetlobnih pogojih ali celo hitreje prenašajo podatke.

Vendar pa sta na poti stali dva pomembna izziva: Prvič, zmanjšanje velikosti običajno uporabljenih "amorfnih" tankoslojnih materialov tudi zmanjšuje njihovo kakovost. In drugič, ko so ultratirani materiali preveč tanki, postanejo skoraj prozorni in dejansko izgubijo nekaj sposobnosti, da zberejo ali absorbirajo svetlobo.

Zdaj, v nanometrskem fotodetektorju, ki združuje edinstveno metodo izdelave in strukture lova s ​​pastmi lahkotnosti, je ekipa inženirjev Univerze v Wisconsin-Madisonu in Univerze v Buffalu premagala obe oviri.

Raziskovalci, profesorji elektrotehnike Zhenqiang (Jack) Ma in Zongfu Yu v UW-Madison in Qiaoqiang Gan v Buffalu, so danes (7. julija 2017) opisali svojo napravo, enokristalen fotodetektor nano-membrane germanija na nanostrukturnem substratu) v reviji Science Advances.

"Ideja, v bistvu, ali želite uporabiti zelo tanek material za uresničitev enake funkcije naprav, v katerih morate uporabiti zelo debel material, " pravi Ma.

Naprava je sestavljena iz nano-kavitacij, ki so stisnjene med zgornjo plast ultratnega enokristalnega germanija in reflektivno plastjo srebra.

"Zaradi nano-votline se fotoni" reciklirajo ", zato se absorpcija svetlobe znatno poveča - tudi v zelo tanekih slojih materiala - pravi Ma.

Nano-votline so sestavljene iz urejene vrste drobnih, med seboj povezanih molekul, ki v bistvu odsevajo ali krožijo svetlobo. Gan je že pokazal, da njegove nano-votlinske strukture povečajo količino svetlobe, ki jo absorbirajo tanki polprevodniški materiali, kot je germanij.

Vendar se večina germanijevih tankih filmov začne v amorfni obliki kot germanij, kar pomeni, da materialna atomska ureditev nima rednega, ponavljajočega se zaporedja kristala. To tudi pomeni, da njegova kakovost ni zadostna za vedno manjše aplikacije optoelektronike.

To je tam, kjer se znajde Mé. Svetovni strokovnjak za polprevodniške nano-membranske naprave, Ma je ​​uporabil revolucionarno tehnologijo prenosa membrane, ki mu omogoča enostavno integracijo enojnih kristalnih polprevodnih materialov na substrat.

Rezultat je zelo tanek, a zelo učinkovit, fototetektor, ki absorbira svetlobo - gradbeni blok za prihodnost optoelektronike.

"To je tehnologija, ki omogoča, da si ogledate široko paleto optoelektronike, ki lahko preide na še manjše odtise, manjše velikosti", pravi Yu, ki je opravil računalniško analizo detektorjev.

Medtem ko so raziskovalci pokazali napredek z uporabo germanijevega polprevodnika, lahko svojo metodo uporabijo tudi za druge polprevodnike.

"In kar je pomembno, z nastavitvijo nano-votline, lahko nadzorujemo, kakšno valovno dolžino dejansko absorbujemo, " pravi Gan. "To bo odprlo pot za razvoj veliko različnih optoelektronskih naprav."

menu
menu