Поделиться
Ученые СПбГУ разработали способ улучшения чувствительности ультрафиолетовых фотодетекторов в 22 раза
Физики Санкт-Петербургского государственного университета в составе научного коллектива изучили механизм повышения эффективности ультрафиолетовых фотодетекторов. Ученым удалось улучшить чувствительность таких приборов в 11 и 22 раза — в зависимости от используемого металла. Исследование поможет в разработке высокочувствительных детекторов для оптоэлектроники, медицины и промышленности. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials Science in Semiconductor Processing. Об этом CNews сообщили представители СПбГУ.
Ультрафиолетовые фотодетекторы широко применяются в экологическом и биологическом мониторинге, медицине, а также оптоэлектронике. Они позволяют отслеживать процессы, происходящие под воздействием УФ-излучения, преобразуя его в электрический сигнал. Например, при помощи таких приборов ученые могут обнаружить озоновые дыры.
В последние годы, по словам исследователей, растет спрос на высокопроизводительные ультрафиолетовые фотодетекторы, которые отличаются высокой чувствительностью, надежностью, быстрым и узкополосным откликом. Последняя характеристика предполагает выделение только одной спектральной линии из всего спектра входного сигнала, что позволяет уменьшить влияние лишних факторов, а значит, улучшить точность результатов проводимых исследований. Это особенно важно в оптической связи, биофотонике и в других сферах.
Физики Санкт-Петербургского университета нашли способ улучшения фотодетекторов при помощи нитрида галлия (GaN). Этот полупроводниковый материал обладает высокой проводимостью и устойчивостью к температурам, поэтому его часто используют в электронике для повышения эффективности устройств и других задач. При создании узкополосных ультрафиолетовых фотодетекторов слои GaN полезны благодаря их широкой запрещенной зоне, высокой подвижности электронов, термической и химической стабильности.
Лаборатория новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ занимается созданием новых полупроводниковых наноструктур, которые могут быть использованы в разных сферах деятельности. Ранее исследователи лаборатории объяснили механизм формирования материалов для нового поколения оптоэлектронных устройств. Все эти достижения — продолжение работы по совершенствованию квантовых технологий для микроэлектроники, заложенной выпускником СПбГУ, нобелевским лауреатом по химии Алексеем Екимовым.
Ученые обнаружили, что еще одним успешным подходом является увеличение поглощения света за счет плазмонных эффектов — колебания свободных электронов в металлах или полупроводниках. По словам физиков СПбГУ, наноструктуры благородных металлов обладают уникальной способностью концентрировать световую энергию в наномасштабе за счет возбуждения поверхностных плазмонов. Именно поэтому для экспериментов исследователи выбрали серебро и золото.
«Мы уже много лет занимаемся синтезом, исследованием свойств и созданием прототипов приборов на основе нитрида галлия, причем в разной его форме: тонкие пленки или слои и нитевидные нанокристаллы. Нам удалось увеличить эффективность ультрафиолетовых фотодетекторов на основе слоев нитрида галлия с помощью серебряных нитевидных нанокристаллов в 11 раз, а дополнительное нанесение золота позволило увеличить чувствительность еще вдвое, то есть уже в 22 раза по сравнению с изначальным показателем», — сказал руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ Родион Резник.
При работе с серебряными нанокристаллами ученые смогли увеличить фотоответ, но выяснили, что в дальнейшем использование серебра может привести к снижению чувствительности фотодетектора из-за затенения слоя GaN. Это подтвердили методом численного моделирования. Финального результата помогло добиться нанесение золота.
Разработанный исследователями подход открывает путь к изготовлению гибридных полупроводниково-металлических структур. Они позволят создать высокочувствительные ультрафиолетовые фотодетекторы. Подход, предложенный физиками, задействует доступные методы изготовления.
В работе над исследованием принимали участие: лаборатория новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова РАН, Институт аналитического приборостроения РАН, Московский центр перспективных исследований.
Короткая ссылка
