Võimas uus fotodetektor võimaldab optoelektroonika edasiminekut

See on uus ülimalt võimas #GalaxyNote9 (Juuni 2019).

Anonim

Tänapäeva üha võimsamates elektroonikates on väikesed materjalid hädavajalikud, kuna tootjad püüavad jõudlust suurendada, pakkimata lahtisi koguseid.

Väiksem on ka parem optoelektroonilistele seadmetele nagu kaamera andurid või päikesepatareid, mis koguvad valgust ja muudavad selle elektrienergiaks. Mõelge näiteks päikesepaneeli seeria suuruse ja kaalu vähendamisele, madalama valgustuse tingimustes kõrgema kvaliteediga foto või isegi andmete kiiremat edastamist.

Siiski on seisnud kaks peamist väljakutset: esiteks vähendab tavapäraselt kasutatavate "amorfsete" õhukesemete materjalide mahu kahanemine nende kvaliteeti. Ja teiseks, kui ülimadalikud materjalid muutuvad liiga õhukeseks, muutuvad nad peaaegu läbipaistvaks ja kaotavad mõningase võime valgust koguda või neelata.

Nanoosakeste fotodetektoris, mis ühendab unikaalse valmistamise meetodi ja kergelt püütud struktuurid, on Wisconsini-Madisoni ülikooli ja Buffalo ülikooli inseneride meeskond ületanud mõlemad need takistused.

Tänapäeval, 7. juulil 2017, kirjeldasid oma seadet nanoosakeste substraadist valmistatud ühe kristallilise germaniumnano-membraani fotodetektori teadlased-elektrotehnika professorid Zhenqiang (Jack) Ma ja Zongfu Yu UW-Madison'is ja Qiaoqiang Gan Buffalo'is.) ajakirjas Science Advances.

"Põhimõtteliselt on idee, kas soovite kasutada väga õhukeset materjali, et kasutada sama funktsiooni seadmetelt, kus peate kasutama väga paksu materjali, " ütleb Ma.

Seade koosneb nano-õõnsustest, mis on kihistunud ultrathin-kristallilise germaaniumi pealmise kihi ja peegeldava hõbeda kihi vahel.

"Nanoosakeste tõttu on footoneid" ringlussevõetud ", nii et valguse neeldumine suureneb oluliselt isegi väga õhukeste kihtide korral, " ütleb Ma.

Nanoosakesed koosnevad korrapäraselt väikestest, omavahel ühendatud molekulidest, mis peegeldavad või levitavad valgust. Gan on juba näidanud, et tema nanoosakeste struktuurid suurendavad valguse hulga, mida õhukesed pooljuhtmaterjalid nagu germaanium imenduvad.

Kuid enamus germaaniumi õhukesest filmist algab germaniumina selle amorfsel kujul - see tähendab, et materjali aatomikompositsioonil puudub kristalli korrapärane korduv järjekord. See tähendab ka, et selle kvaliteet ei ole piisav üha väiksemate optoelektroonikarakenduste jaoks.

See on koht, kus Ma teadmised mängivad. Pooljuhtide nanomembraaniseadmete maailma ekspertina kasutas Ma revolutsioonilist membraanide ülekande tehnoloogiat, mis võimaldas tal kergesti integreerida kristallilisi pooljuhtmaterjale substraadile.

Tulemuseks on väga õhuke, kuid väga tõhus valguse neelav fotodetektor, mis on optoelektroonika tulevikku rajanud ehitusplokk.

"See on võimaldav tehnoloogia, mis võimaldab teil vaadata mitmesuguseid optoelektroonikaid, mis võivad minna veel väiksemate jalajälgede, väiksemate suuruste hulka, " ütleb Yu, kes andis detektorite arvutusanalüüsi.

Kuigi teadlased näitasid oma eelistamist germaaniumi pooljuhi abil, saavad nad oma meetodit rakendada ka teistele pooljuhtidele.

"Ja mis kõige tähtsam, nanoosakeste häälestamise abil saame kontrollida, milline lainepikkus me tegelikult imendub, " ütleb Gan. "See avab võimaluse luua palju erinevaid optoelektroonilisi seadmeid."

menu
menu