Ученые приспособили нанопровода для новых лавинных фотодетекторов
 Схематическое изображение созданного учеными устройства. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Лавинные фотодетекторы активно используются в телекоммуникационных сетях. В процессе своей работы они преобразовывают слабые оптические колебания в сравнительно большие электрические импульсы за счет того, что проходящий импульс света высвобождает в полупроводнике несколько носителей заряда (электронов и дырок), которые затем ускоряются электрическим полем и в процессе соударений ионизируют другие атомы, высвобождая новые носители заряда. Этот лавинообразный процесс создает целый поток носителей тока, которые и представляют собой усиленный детектированный сигнал.
В предыдущих работах ученые показали, что уменьшение размеров активной зоны такого лавинного полупроводникового фотодетектора приводит к повышению его характеристик, в частности, снижению емкости или паразитных токов. Из этого факта можно сделать вывод, что полупроводниковые нанопровода были бы идеальными компонентами для создания подобных устройств, благодаря своим небольшим объемам по сравнению с привычными плоскими фотодетекторами. Однако проблема до сих пор заключалась в том, что полупроводниковые нанопровода поглощают всего 1% падающего на них света, что снижает квантовую эффективность устройства. Кроме того, образование «лавины» носителей тока в этих устройствах затруднено из-за сравнительно большого отношения площади их поверхности к объему.
Но группа ученых из University of California (США) предложила способ преодоления упомянутых выше барьеров с помощью включения в устройства из арсенида галлия своеобразных антенн, позволяющих «собрать» свет с большей «площади», сфокусировав его на устройстве. Созданное учеными устройство представляет собой акцепторный поглотитель света шириной 150 нм и высотой 900 нм, выполненного из легированного арсенида галлия, внутри которого имеется донорное ядро размерами 80 нм на 800 нм. Такая сложная конструкция позволяет ученым управлять процессом поглощения фотонов и «размножения» высвобождаемых свободных носителей тока, которые оказываются разделенными в пространстве.
В рамках опубликованной в журнале Nano Letters работы ученые показали, что устройство активно поглощает свет за счет так называемых поверхностных плазмонов поляритонов – квазичастиц, описывающих взаимодействие света с поверхностными коллективными колебаниями свободных зарядов на границе диэлектрика и металла. Используя это свойство, ученые «настроили» структуру таким образом, что смогли создать небольшие, но при этом высокоэффективные фотоприемники.
Сами исследователи считают, что поверхностные плазмоны-поляритоны имеют важнейшее значение для создания фотонных устройств будущего, которые смогут использовать для обработки информации свет, вместо электричества. Такие устройства, по их мнению, будут работать намного быстрее, чем их существующие электронные аналоги; кроме того, им потребуется гораздо меньше энергии. А способность ученых обеспечить связь поляритонов со светом будет иметь ключевую роль для успеха данной технологии.
Также по теме:
- Благодаря полимерному слою оптоэлектронные устройства на основе графена смогут лучше адаптироваться к реальным задачам
- InGaN позволяет создавать качественные фотоаноды для получения альтернативной энергии
- У кремниевой фотоники появился новый источник света, работающий при комнатной температуре
- Наблюдение роста нанопроводов теперь возможно в реальном времени
- Нанопровода позволяют cоздавать новые солнечно-водородные материалы
Источники: