Физики создали «почти идеальный» фотодетектор

Физики создали «почти идеальный» фотодетектор

Физики из Университета Аалто разработали фотодетектор с рекордной внешней квантовой эффективностью — 96 процентов в интервале от среднего ультрафиолета до ближнего инфракрасного излучения. При этом устройство обходит по своим параметрам существующие детекторы, работающие в гораздо более узких спектральных диапазонах (например, только ультрафиолетовые). Ученые отмечают, что благодаря структурированной поверхности детектор может работать и при падении света под большими углами — до 70 градусов. Одним из его применений, отмечают авторы, может стать протезирование сетчатки глаза. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics, кратко о нем сообщает пресс-релиз университета.

Простым примером фотодетекторов являются пиксели матрицы фотоаппарата. Как правило детекторы представляют собой полупроводниковые приборы, в которых, под действием падающих фотонов, появляются носители зарядов. Это приводит к возникновению электрического тока. Одной из важнейших характеристик фотодетекторов является квантовая эффективность. Это отношение количества фотонов, попавших на устройство, к количеству носителей зарядов, которые возникли из-за этого взаимодействия. Чем больше эта величина, тем чувствительнее детектор или пиксель матрицы.

Различают внутреннюю и внешнюю эффективности: первая относится только к фотонам, поглощенным прибором, вторая — ко всем фотонам, которые попали на устройство. Внутренняя эффективность снижается из-за рекомбинации носителей зарядов: поглощение фотона приводит к образованию электрона и дырки, которые могут взаимоуничтожиться. На внешнюю эффективность влияет отражение от поверхности детектора — некоторые фотоны вместо поглощения просто отражаются. Для того чтобы уменьшить поглощение, используются сложные наноструктурированные поверхности — например, покрытый наноиглами «черный кремний». Но большая удельная площадь поверхности одновременно усиливает рекомбинацию носителей зарядов в полупроводниках. Кроме того, рекомбинация происходит и на дефектах полупроводников (например, допирующих атомах), без которых невозможно создание p-n-переходов.

Авторы новой работы нашли способ исправить этот баланс. В составе p-n-перехода, традиционного для фотодетекторов, физики заменили p-полупроводник на оксид алюминия, значительно сокращающий скорость рекомбинации. В роли n-полупроводника выступал кремний. 

В ходе испытаний оказалось, что детектор близок к идеальному фотодиоду в диапазоне длин волн от 250 до 950 нанометров. Внешняя квантовая эффективность устройства достигла 96 процентов. Авторы сравнили его с коммерчески доступными фотодиодами, работающими в узких диапазонах длин волн. Оказалось, что за исключением небольшой спектральной области при 400 нанометрах, устройство превосходило своих конкурентов. Эффективность фотодетектора сохранялась и при скользящем падении лучей — при отклонении от вертикали вплоть до 70 градусов.

По словам исследователей, подобные фотодетекторы могут найти применение в сцинтилляционной технике, используемой для детектирования рентгеновских лучей. Другим необычным вариантом использования таких чувствительных устройств могут стать протезы сетчатки, чувствительные к ультрафиолету и инфракрасному излучению помимо видимого диапазона. 

Протезы сетчатки глаза — фоточувствительные устройства, подключаемые напрямую к зрительному нерву. Они способны заменить собой сетчатку, однако, на сегодняшнем уровне развития техники, главная их проблема состоит в невысокой разрешающей способности. Существующие прототипы позволяют лишь различать силуэты людей. В прошлом году инженеры из Стенфордского университета описали и протестировали протез сетчатки высокого разрешения на крысах. Эквивалентная острота зрения, развиваемая протезом, позволила бы человеку прочесть верхнюю строку офтальмологической таблицы. 

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Учёные  создали первый в России ускорительный масс-спектрометр
Первый в России ускорительный масс-спектрометр (АМС), созданный Институтом ядерной физики им.Г.И.Будкера  СО РАН, прошёл тестовые испытания. С его помощью учёные смогут точнее определять возраст геологических и археологических находок, при этом для анализа им будет достаточно нескольких миллиграмм вещества. АМС-спектрометр ..
2012-03-14 1708 0 Научные открытия
0
Американские физики научились получать небывалую температуру
Американские физики попали в Книгу рекордов Гиннесса. Во время эксперимента им удалось получить вещество, разогретое до 4 триллионов градусов Цельсия — это в 250 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца! Учёные сталкивали в коллайдере разогнанные почти до скорости света ядра атомов золота. ..
2012-06-26 3987 0 Научные открытия
1
Физики создали источник равных одиночных фотонов
Физики из Швейцарии, Франции и Германии создали источник света, который испускает одиночные фотоны равной длины волны. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Phys.org. Созданный учеными источник ..
2015-09-08 3901 0 Научные открытия
1
Ученые показали танцующие атомы кремния
Физики из Национальной лаборатории Оук-Ридж запечатлели «танцующие» атомы кремния. Статью об этом ученые опубликовали в журнале «Nature» Краткое содержание статьи доступно, в пресс-релизе на сайте лаборатории. Там же размещено видео (.mov) «танца». Ученые продемонстрировали необычное поведение частиц, поместив ..
2013-04-4 2168 0 Научные открытия
4
Физики создали волокна для лазерной ткани
Физики из Итальянского технологического института в Арнесано научились получать нановолокна, которые могут выступать в роли рабочего тела лазера. В будущем эти волокна могут стать основой «лазерной ткани». Исследование выложено в виде препринта в архиве Корнельского университета, кратко ..
2013-12-18 1720 0 Научные открытия
0
Физики нашли альтернативу алмазным радиаторам
Физики нашли материал, который проводит тепло не хуже алмазов и вчетверо превосходит по теплопроводности медь. Результаты моделирования показали, что арсенид бора может заменить алмазы при производстве радиаторов для микроэлектронных устройств. Подробности приводятся в сообщении колледжа Бостона со ссылкой ..
2013-07-9 2013 0 Научные открытия
0
Ученые вырастили из стволовых клеток  почки
Вместо того, чтобы ждать, когда появится почка донора, больные, нуждающиеся в пересадке этого органа, могут получить почку, выращенную на заказ. Недавно был сделан еще один шаг по направлению к этой мечте. Ученым из Университета Австралии Квинсленда удалось успешно ..
2014-01-02 3611 0 Научные открытия
0
Физики из МГУ создали сверхбыстрый фотонный переключатель
Физики из России и Австралии создали сверхбыстрый фотонный переключатель, работающий на кремниевых наноструктурах. Устройство может стать основой компьютеров будущего и позволить передавать данные с огромной скоростью. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nano Letters, а кратко ..
2015-10-18 1942 0 Научные открытия
0
Американцы воссоздали в лаборатории шаровую молнию
Американские учёные разработали эффективный способ создать подобие шаровой молнии в лаборатории, передаёт телерадиокомпания BBC. Группа сотрудников Академии военно-воздушных сил США в штате Колорадо научилась выделять светящиеся облака плазмы из специального раствора и поддерживать их на протяжении почти полсекунды. В ..
2013-08-21 2096 2 Научные открытия
4
Впервые Млечный Путь показывает детали миллиардов звёзд
Впервые, на изображении зафиксированном международной командой астрономов можно заметить более, чем один миллиард звёзд находящихся в «Млечном пути», сообщает «WordScience.org». Учёные создали цветную картину, объединяя изображения инфракрасного света, полученные с телескопов, расположенных в северном и южном полушариях. ..
2012-03-30 1619 0 Научные открытия
0
Японские физики-ядерщики нашли магическое число
Японские ученые утверждают, что нашли новое так званое «магическое число» — ключ к определению, когда ядро атома становиться стабильным. В ядерной физике магические числа — ряд натуральных чётных чисел, соответствующих количеству нуклонов в атомном ядре, при котором ..
2013-10-16 3458 3 Научные открытия
2
Физики приблизили мир к промышленному термояду
Учёным Института ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН удалось разогреть термоядерную плазму до рекордной электронной температуры 400 электрон-вольт (4 499 726,85 градусов Цельсия). Это достижение – важный результат на пути к термоядерной энергетике, подтверждающий возможность создания нейтронных генераторов ..
2013-12-6 2068 0 Научные открытия
0
Новые результаты на новой энергии
В Санкт-Петербурге открылась одна из важнейших научных конференций этого года — «Физика Большого адронного коллайдера (LHCP2015)». Представители четырех коллабораций БАКа в течение недели (конференция проходит с 31 августа по 5 сентября) будут представлять результаты, полученные после запуска БАК на полную ..
2015-09-02 4113 0 Научные открытия
1
Австралийские физики успешно испытали захватный луч
Австралийские физики создали и успешно испытали притягивающий (захватный) луч, сообщает интернет-издание Cnet. Полученный при помощи полого лазерного луча (яркого по краям и темного в центре), он смог переместить частицы диаметром 0,2 миллиметра на 20 сантиметров. Это расстояние примерно в сто раз больше, чем во время ..
2014-10-22 2448 0 Научные открытия
0
Физики нашли бозон Хиггса
Физики установили факт существования бозона Хиггса - недостающего элемента в цепочке объяснения мироздания, сообщает РИА Новости. По данным агентства, в блогах ученых об этом говорится как о свершившемся факте, участник исследований, сотрудник НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос сказал, что после ..
2012-06-19 3465 2 Научные открытия
1