Созданы высокоэффективные фотоприемники, основанные на квантовых точках

Исследователи из Шанхайского университета, Университета Торонто и Китайской академии наук недавно разработали новые фотоприемники с преобразованием с повышением частоты, которые представляют собой класс устройств, которые могут обнаруживать свет или реагировать на него. Эти устройства, представленные в статье, опубликованной в Nature Electronics, были изготовлены с использованием квантовых точек, которые представляют собой крошечные полупроводниковые частицы, которые подчиняются законам квантовой механики и, таким образом, обладают несколькими уникальными свойствами.

“Фотоприемники с повышением частоты являются многообещающими инструментами для инфракрасного обнаружения и формирования изображений, поскольку они не требуют сложных интегральных схем”, – сказал Чихун Нин, один из исследователей, проводивших исследование, в интервью изданию TechXplore. – “Однако большинство устройств с повышающим преобразованием, разработанных до сих пор, имеют низкую эффективность преобразования, и все они изготавливаются путем дорогостоящего осаждения в высоком вакууме на жестких подложках. Наша цель состояла в том, чтобы разработать и изготовить высокоэффективный фотоприемник с повышающим преобразованием с помощью простого процесса, который совместим с гибкими структурами устройства.”

Новое устройство, разработанное Нингом и его коллегами, имеет два ключевых компонента: инфракрасный фотоприемник и светодиод (видимый свет). Фотодетектор поглощает инфракрасный свет и генерирует фототок, который можно использовать для питания светодиодного света. Благодаря этому процессу исследователи смогли преобразовать инфракрасный свет в сигнал видимого света.

“Уникальной характеристикой нашего устройства является то, что мы внедрили наночастицы Ag в слои переноса электронов, которые обеспечивают туннелирование электронов при освещении, обеспечивая высокий коэффициент усиления и высокую эффективность” , – пояснил Нинг. – “По сравнению с ранее заявленными устройствами с повышающим преобразованием, это устройство демонстрирует наивысшую эффективность при низком напряжении среди всех устройств с повышающим преобразованием с одинаковой структурой устройства”.

В отличие от фотоприемников с преобразованием с повышением частоты, разработанных в прошлом, устройство, предложенное Нингом и его коллегами, было изготовлено с использованием квантовых точек как в инфракрасном, так и в эмиссионном слоях. Его инфракрасный абсорбирующий слой содержит коллоидный сульфид свинца квантовых точек, в то время как его эмиссионный слой содержит селенид кадмия/селенид цинка квантовых точек.

Эта уникальная комбинация обеспечивает более высокую эффективность преобразования фотонов в фотоны и низкое напряжение включения по сравнению с другими существующими фотоприемниками. Кроме того, новый фотоприемник с преобразованием с повышением частоты обладает удивительно низким током, высокой чувствительностью и коротким временем отклика.

“Наше устройство с преобразованием с повышением частоты показало высокую эффективность от фотона к фотону – 6,5% и самое низкое зарегистрированное напряжение включения (2,5 В), что является прорывом для этой простой конструкции устройства”, – сказал Нин.

В своем исследовании ученые продемонстрировали потенциал своего устройства для преобразования с повышением частоты для инфракрасной визуализации и био-визуализации тканей человека для обнаружения раковых областей. Однако в будущем их устройство может иметь множество других применений, например, при разработке новой носимой технологии, которая может отслеживать здоровье людей с течением времени.

“В наших следующих исследованиях мы планируем еще больше повысить эффективность преобразования и стабильность нашего устройства, особенно для гибких устройств”, – сказал Нин. – “С другой стороны, мы будем сотрудничать с другими командами, работающими над разработкой диагностических инструментов и технологий, чтобы расширить приложения нашего устройства для био-визуализации и биосенсирования”.

По материалам techxplore.com