Российские физики 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 журнале Materials Science in Semiconductor Processing, сообщила пресс-служба Санкт-Петербургского государственного университета.
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 растет спрос на высокопроизводительные ультрафиолетовые фотодетекторы, которое 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.
Российские физики нашли способ улучшение 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.
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, 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 нанокрситаллов в 11 раз, а дополнительное нанесение золота позволило увеличить чувствительность еще вдвое, то есть уже в 22 раза по сравнению с изначальным показателем», — объяснил руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций Санкт-Петербургского государственного университета 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.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
