Сообщить об ошибке на сайте
URL
Ошибка
Идеи

Ученые из МФТИ вместе с коллегами из Китая и Саудовской Аравии выяснили, что воздействие ультрафиолета может превратить обычный фотодетектор в широкополосный. Результаты исследований были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

Фотодетекторы, которые используются во множестве систем и приборов, например, в смартфонах, принтерах, пультах и даже межпланетных станциях, как правило, реагируют на узкий диапазон длин волн, что создает множество проблем разработчикам.

«Фотодетекторы, способные „чувствовать“ излучение в широком диапазоне, очень востребованы, но создавать их сложно: трудно подобрать материалы, поскольку вещества, прозрачные для ультрафиолета, как правило, непрозрачны в инфракрасном свете и наоборот. Мы нашли быстрый, дешевый и эффективный способ „расширить“ диапазон чувствительности фотодетекторов», — цитирует руководителя Центра молекулярной электроники МФТИ Вадима Агафонова пресс-служба вуза.

Ученые исследовали полимерные фотодетекторы, которые работают благодаря внутреннему фотоэффекту: электроны под действием света перераспределяются в полимере, в результате чего он приобретает способность проводить ток. Такие фотодетекторы отличаются от традиционных полупроводниковых низкой стоимостью и простотой в изготовлении, к тому же их можно сделать гибкими. Оказалось, что ультрафиолетовое излучение, взаимодействуя с поверхностью некоторых элементов фотодетектора, меняет чувствительность прибора.

В эксперименте ученые в течение 30 секунд облучали ультрафиолетом фотодетектор на основе наночастиц из оксида цинка и полимера. В результате рабочий спектральный диапазон прибора резко увеличился, а максимальная внешняя квантовая эффективность (ВКЭ), то есть отношение числа «выбитых» электронов к числу падающих фотонов, возросла от 30% до 140000%. То есть, если до облучения ультрафиолетом 10 фотонов порождали три электрона, то после то же количество фотонов создавало 14 тысяч электронов. Однако вырос и шум — темновой ток, который детектор генерирует даже в полной темноте.

По словам ученых, чудодейственные свойства ультрафиолета объясняются тем, что излучение «отцепляет» атомы кислорода от молекул оксида цинка. При изготовлении фотодетектора молекулы кислорода сорбируются на полупроводниковые частицы ZnO, связываясь с электронами зоны проводимости. Электроны при этом уже не могут участвовать в переносе заряда. В таком состоянии слой оксида цинка является барьером для электронов.

При облучении ультрафиолетом часть электронов из зоны валентности переходят в зону проводимости за счет энергии излучения, поглощенного частицами ZnO. В результате происходит рекомбинация электронов и дырок (вакантных мест для электронов), приводящая к отсоединению атомов кислорода. Освобожденные электроны теперь могут переносить заряд, создавая фототок даже при минимально детектируемой оптической мощности (60 пиковатт) и малой разности потенциалов (около 0,5 вольта).

«Таким образом, подобный полимерный фотодетектор можно превратить в широкополосное и высокочувствительное устройство. Это быстрый, дешевый и эффективный процесс, что очень важно для практических применений», — отмечает Агафонов.

При сборке достаточно один раз облучить фотодетектор ультрафиолетом, чтобы он превратился в широкополосный. Причем приобретенные свойства будут сохраняться, поскольку после сборки фотодетектора слой полупроводника будет закрыт слоем алюминия, защищающим его от кислорода.

Ученые надеются, что, немного изменив конструкцию фотодетектора, можно устранить «побочные эффекты» ультрафиолетового облучения (например, высокий темновой ток), сохранив при этом высокую чувствительность прибора и широкий спектральный диапазон. Облученные фотодетекторы могут найти множество применений: от получения изображений до измерения состава атмосферы.

Подписывайтесь на наши каналы в Telegram

«Хайтек» - новости онлайн по мере их появления

«Хайтек» Daily - подборки новостей 2 раза в день

перейдите по одной из ссылок и нажмите кнопку Join
Новая технология позволит редактировать гены клеток мозга
Исследования мозга
МТИ начал выдавать дипломы на блокчейне
Блокчейн-технологии
К концу года мощность солнечной энергетики Китая достигнет 50 ГВт
Тренды
Тим Кук лично ответил поклоннику Mac mini о будущем модели
ИТ-компании
Тренды
Amazon станет первой в мире компанией, которая стоит $1 трлн
Молекулы-самоубийцы могут защитить нас от рака
Борьба с раком
Blue Origin впервые провела огневые испытания своего двигателя BE-4
Частный космос
Уникальная бетонная крыша превращает жилой дом в электростанцию
Солнечная энергетика
Toyota Sora — новый водородный автобус для гостей Олимпийских игр
Транспорт будущего
Ученые создали двумерный «идеальный» транзистор
Новая электроника
Huawei добилась 20 Гбит/с в испытаниях 5G Dual Connectivity
Переход на 5G
Сингапурские ученые делают фотоэлементы из меди, цинка и олова
Энергия солнца
Транспорт будущего
Маск купил еще одну буровую машину и роет тоннель в Вашингтон
В Швеции выбрали место для строительства конкурента Gigafactory
Тренды
Россия получила рекордное количество медалей на World Skills 2017
Кейсы
Эндрю Ын возглавил стартап, разрабатывающий чатбота-психотерапевта
Кейсы
Блокчейн может трансформировать сферу туризма
Блокчейн-технологии
Водоросли помогли улучшить органические солнечные элементы
Солнечная энергия
Veo Robotics переложит тяжелый труд на плечи роботов
Робототехника
Соцпособия будущего
Блокчейн и криптовалюты совершат революцию в БОД
Flare — камера слежения с ИИ для умного дома
Умный дом
Разработана компьютерная память молекулярного уровня
Компьютерная память
5 открытий в сфере гравитационных волн, которые изменили астрофизику
Астрофизика
4 фактора, которые преобразят IoT
Интернет вещей
Синтезирован препарат, эффективно подавляющий ВИЧ
Лечение ВИЧ
«Вертолеты России» покажут электрический конвертоплан в 2019 году
Городская авиация
Идеи
Toyota создала водородный минивэн с дальностью хода 1000 км
Число криптовалютных хедж-фондов перевалило за сотню
Тренды
Тренды
В США стартует первый государственный эксперимент с выплатой БОД
В Китае открыли роботизированную промзону за $300 млн
Промышленная робототехника
В Канаде начали тестировать робомобили на дорогах общего пользования
Беспилотные автомобили
В Шотландии запущена первая плавучая ветровая ферма
Ветровая энергетика
Робот-садовник поливает и защищает растения от вредителей
Робототехника
Виталик Бутерин: «Центробанкам еще далеко до введения криптовалют»
Криптовалюты
Электромопед от Honda станет домашней системой хранения энергии
Электромотоциклы
Eviation обещает запустить авиационный Uber в 2019 году
Электроавиация
Роберт Уразов: «На смену дипломам приходят паспорта навыков»
Тренды
Биосфера
Ученые не могут объяснить резкое сокращение числа летающих насекомых
Китай выпустит 1 млн электромобилей в 2018 году
Электромобили
ИИ от DeepMind стал гроссмейстером по игре го за 3 дня
Искусственный интеллект
Центробанк Бразилии признал биткойн финансовой пирамидой
Криптовалюты
«Мозги» беспилотной системы Apple размещаются на крыше автомобиля
Беспилотный транспорт
Новое открытие приближает появление квантовых компьютеров
Нанотехнологии
В 2018 году Baidu запустит в Китае беспилотный автобус
Беспилотный транспорт
Garmin Speak — умный автонавигатор с Alexa
Умный автомобиль
Daimler показала, на что способны ее беспилотные грузовики
Беспилотный транспорт
Рейтинг лучших
11 главных инженерных инноваций 2017 года
Электробайки Zero станут в 2018 году быстрее, мощнее, выносливее
Транспорт будущего
Samsung хочет подключить всю бытовую технику к IoT
Интернет вещей