Разработан высокопроизводительный фотодетектор с точной структурой и высокой чувствительностью
Исследовательская группа с факультета прикладной физики и химической инженерии Токийского университета сельского хозяйства и технологий (TUAT) в Японии совершила значительный прорыв в области нанонауки, преодолев давнюю проблему в оптоэлектронике на основе квантовых точек (КТ). Их недавнее исследование, опубликованное в журнале Advanced Optical Materials , демонстрирует, что объединение «гигантских атомов» коллоидных квантовых точек в высокоупорядоченные эпитаксиально соединённые сверхрешётки, известные как квантовые сверхрешётки, может кардинально изменить характеристики фотодетекторов следующего поколения.
Коллоидные квантовые точки хорошо известны благодаря возможности изменять ширину запрещенной зоны в зависимости от размера и сильному поглощению света, что делает их перспективными кандидатами для создания передовых оптоэлектронных устройств. Однако их практическому применению в фотодетекторах препятствует низкая подвижность носителей заряда в обычных твердых квантовых точках, обусловленная пространственным и энергетическим беспорядком в материале.
Хотя более ранняя работа этой группы ученых, опубликованная в 2023 году в Nature Communications, значительно повысила подвижность электронов на несколько порядков за счет создания высокоупорядоченных квазидвумерных квантовых точек, оставался открытым вопрос: не ослабит ли делокализованный перенос заряда, обеспечиваемый этими квазидвумерными квантовыми точками, сильные эффекты квантового ограничения, благодаря которым квантовые точки обладают превосходными оптическими свойствами?
Доктор Сатрия Зулкарнаен Бисри, доцент, возглавлявшая исследовательскую группу, объясняет: «Это новое исследование непосредственно затрагивает вопрос о том, как структурные инновации на мезоскопическом уровне влияют на работу реальных устройств, и является первым доказательством того, что основные эффекты квантового ограничения сохраняются, даже когда перенос заряда в этой сверхрешетке становится более децентрализованным.»
Полученные данные демонстрируют, что эпитаксиально соединенные фотоприемники QDSL достигают впечатляющей чувствительности до 105 А/Вт и детектируемости более 1013 Джонсов, что является одним из самых высоких значений, зарегистрированных для фотоприемников на основе коллоидной КТ, работающих в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Примечательно, что такая производительность была достигнута при использовании планарной архитектуры устройства с одним монослоем сверхрешетки (толщиной менее 8 нм), что указывает на прямую зависимость между повышенной подвижностью носителей заряда и чувствительностью устройства.
Аспирант Дадан Сухендар, участвовавший в проекте, обращает внимание на другое преимущество высокоупорядоченной сборки квантовых точек: «Наш анализ более быстрого отклика фотодетектора и зависимостей от мощности света дает прямое свидетельство того, что в эпитаксиально соединенных квантовых точках на основе сульфида свинца (PbS) плотность ловушек заряда минимальна. Этот результат говорит о том, что упорядоченная и высокоориентированная структура сверхрешетки приводит к значительно меньшему количеству поверхностных дефектов и снижению неоднородности интерфейса.»
По словам доктора Бисри, это достижение является решающим шагом на пути к созданию следующего поколения чувствительных, масштабируемых и ультратонких световых сенсоров. «Разрешив конфликт между проводимостью и квантовым ограничением, мы открыли дверь для новых оптоэлектронных приложений, от передовых методов обработки изображений до высокоскоростных коммуникаций, а также новых квантовых технологий, которые соответствуют будущему миниатюрных, повсеместных высокопроизводительных технологий«, — заключает доктор Бисри.
Сообщение Разработан высокопроизводительный фотодетектор с точной структурой и высокой чувствительностью появились сначала на Время электроники.