По данным сети организаций физиков, недавно опубликованным, 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 детекторных устройств, и эти устройства широко используются в автомобилях, мобильных телефонах, умных часах и медицинском оборудовании.
Фотодетектор — это датчик, способный измерять свет или другую электромагнитную энергию, преобразовывать фотоны в электрический ток, а поглощённые фотоны — в пары электрон-дырка. Фотодетектор включает в себя фотодиод, фототранзистор и т. д. Квантовая эффективность используется для определения доли фотонов, полученных устройством, таким как фотодетектор, в пары электрон-дырка. То есть квантовая эффективность равна числу фотогенерированных электронов, делённому на число падающих фотонов.
Когда падающий фотон создаёт электрон во внешней цепи, внешняя квантовая эффективность устройства составляет 100% (ранее считалось теоретическим пределом). В последнем исследовании эффективность чёрного кремниевого фотодетектора достигала 130%, что означает, что один падающий фотон создаёт около 1,3 электрона.
По словам исследователей из Университета Аалто, секретным оружием, лежащим в основе этого важного прорыва, является процесс умножения носителей заряда, происходящий в уникальной наноструктуре чёрного кремниевого фотодетектора и активируемый высокоэнергетическими фотонами. Ранее учёные 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», — пояснила руководитель исследования, профессор Гера Северн.
Данная эффективность подтверждена Институтом физических технологий 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 производительность фотоэлектрических детекторов.
«Наши детекторы вызвали большой интерес, особенно в области биотехнологий и мониторинга промышленных процессов», — заявил доктор Микко Джунтуна, генеральный директор компании ElfysInc, принадлежащей Университету Аалто. Сообщается, что компания уже начала производство таких детекторов для коммерческого использования.
Время публикации: 11 июля 2023 г.