Согласно недавнему сообщению сети организаций физиков, финские исследователи разработали фотодетектор на основе черного кремния с внешней квантовой эффективностью 130%, что впервые превышает теоретический предел в 100% для фотоэлектрических устройств. Ожидается, что это значительно повысит эффективность фотоэлектрических детекторов, и такие 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 поглощенные фотоны образуют электронно-дырочные пары. Фотодетекторы включают в себя фотодиоды, фототранзисторы и т. д. Квантовая эффективность используется для определения процента фотонов, принятых устройством, таким как фотодетектор, и преобразованных в электронно-дырочные пары, то есть квантовая эффективность равна числу фотогенерированных электронов, деленному на число падающих фотонов.
Когда падающий фотон генерирует электрон во внешнюю цепь, внешняя квантовая эффективность устройства составляет 100% (ранее считавшаяся теоретическим пределом). В последнем исследовании эффективность фотодетектора на основе черного кремния достигла 130 процентов, что означает, что один падающий фотон генерирует около 1,3 электрона.
По словам исследователей из Университета Аалто, секретным оружием этого крупного прорыва является процесс умножения носителей заряда, происходящий внутри уникальной наноструктуры фотодетектора из черного кремния и запускаемый высокоэнергетическими фотонами. Ранее ученые не могли наблюдать это явление в реальных устройствах, поскольку наличие электрических и оптических потерь уменьшало количество собираемых электронов. «В наших наноструктурированных устройствах отсутствуют рекомбинация и потери на отражение, поэтому мы можем собирать все умноженные носители заряда», — объяснила руководитель исследования профессор Гера Северн.
Эта эффективность была подтверждена Институтом физических технологий Немецкого национального метрологического общества (PTB), самой точной и надежной службой измерений в Европе.
Исследователи отмечают, что такая рекордная эффективность означает, что ученые могут значительно улучшить характеристики фотоэлектрических детекторов.
«Наши детекторы вызвали большой интерес, особенно в области биотехнологий и мониторинга промышленных процессов», — сказал доктор Микко Джунтуна, генеральный директор компании ElfysInc, принадлежащей Университету Аалто. Сообщается, что они начали производство таких детекторов для коммерческого использования.
Дата публикации: 11 июля 2023 г.