Згідно з повідомленням мережі фізиків, фінські дослідники розробили чорний кремнієвий фотодетектор із зовнішньою квантовою ефективністю 130%, що є першим випадком, коли ефективність фотоелектричних пристроїв перевищує теоретичну межу в 100%. Очікується, що це значно підвищить ефективність фотоелектричних детекторів, які широко використовуються в автомобілях, мобільних телефонах, смарт-годинниках та медичному обладнанні.
Фотодетектор – це датчик, який може вимірювати світло або іншу електромагнітну енергію, перетворювати фотони на електричний струм, а поглинені фотони утворюють електрон-діркові пари. Фотодетектор включає фотодіод, фототранзистор тощо. Квантова ефективність використовується для визначення відсотка фотонів, отриманих таким пристроєм, як фотодетектор, в електрон-діркову пару, тобто квантова ефективність дорівнює кількості фотогенерованих електронів, поділеній на кількість падаючих фотонів.
Коли падаючий фотон виробляє електрон, спрямований до зовнішнього кола, зовнішня квантова ефективність пристрою становить 100% (раніше вважалося теоретичною межею). В останньому дослідженні чорний кремнієвий фотодетектор мав ефективність до 130 відсотків, що означає, що один падаючий фотон виробляє близько 1,3 електрона.
За словами дослідників з Університету Аалто, секретною зброєю цього важливого прориву є процес множення носіїв заряду, який відбувається в унікальній наноструктурі чорного кремнієвого фотодетектора та запускається фотонами високої енергії. Раніше вчені не могли спостерігати це явище в реальних пристроях, оскільки наявність електричних та оптичних втрат зменшувала кількість зібраних електронів. «Наші наноструктуровані пристрої не мають рекомбінації та втрат на відбиття, тому ми можемо зібрати всі множення носіїв заряду», – пояснила керівник дослідження, професор Гера Северн.
Цю ефективність було підтверджено Інститутом фізичної технології Німецького національного метрологічного товариства (PTB), найточнішою та найнадійнішою вимірювальною службою в Європі.
Дослідники зазначають, що ця рекордна ефективність означає, що вчені можуть значно покращити продуктивність фотоелектричних детекторів.
«Наші детектори викликали великий інтерес, особливо в галузях біотехнологій та моніторингу промислових процесів», – сказав доктор Мікко Джунтуна, генеральний директор ElfysInc, компанії, що належить Університету Аалто. Повідомляється, що вони почали виробляти такі детектори для комерційного використання.
Час публікації: 11 липня 2023 р.