По данным сети организаций физиков, недавно сообщенным, финские исследователи разработали черный кремниевый фотодетектор с внешней квантовой эффективностью 130%. Это первый случай, когда эффективность фотоэлектрических устройств превышает теоретический предел в 100%. Ожидается, что это значительно повысит эффективность фотоэлектрических устройств обнаружения, и эти устройства широко используются в автомобилях, мобильных телефонах, умных часах и медицинском оборудовании.
Фотодетектор — это датчик, который может измерять свет или другую электромагнитную энергию, преобразовывать фотоны в электрический ток, а поглощенные фотоны образуют электронно-дырочные пары. Фотодетектор включает фотодиод, фототранзистор и т. д. Квантовая эффективность используется для определения процента фотонов, полученных устройством, таким как фотодетектор, в электронно-дырочную пару, то есть квантовая эффективность равна числу фотогенерированных электронов, деленному на число падающих фотонов.
Когда падающий фотон производит электрон во внешнюю цепь, внешняя квантовая эффективность устройства составляет 100% (ранее считалось теоретическим пределом). В последнем исследовании черный кремниевый фотодетектор имел эффективность до 130 процентов, что означает, что один падающий фотон производит около 1,3 электрона.
По словам исследователей из Университета Аалто, секретным оружием, стоящим за этим крупным прорывом, является процесс умножения носителей заряда, который происходит в уникальной наноструктуре черного кремниевого фотодетектора, который активируется высокоэнергетическими фотонами. Ранее ученые не могли наблюдать это явление в реальных устройствах, поскольку наличие электрических и оптических потерь уменьшало количество собираемых электронов. «Наши наноструктурированные устройства не имеют рекомбинации и потерь на отражение, поэтому мы можем собирать все умноженные носители заряда», — объяснила руководитель исследования профессор Гера Северн.
Эффективность подтверждена Институтом физики Немецкого национального метрологического общества (PTB) — самой точной и надежной измерительной службой в Европе.
Исследователи отмечают, что эта рекордная эффективность означает, что ученые могут значительно улучшить работу фотоэлектрических детекторов.
«Наши детекторы вызвали большой интерес, особенно в областях биотехнологии и мониторинга промышленных процессов», — сказал доктор Микко Джунтуна, генеральный директор ElfysInc, компании, принадлежащей Университету Аалто. Сообщается, что они начали производить такие детекторы для коммерческого использования.
Время публикации: 11 июля 2023 г.