Создание более совершенных инфракрасных датчиков: новая конструкция фотодиода повышает чувствительность

Обнаружение инфракрасного света имеет решающее значение для огромного спектра технологий: от пультов дистанционного управления до систем автофокусировки, беспилотных автомобилей и гарнитур виртуальной реальности. Это означает, что повышение эффективности инфракрасных датчиков, таких как фотодиоды, принесет большую пользу.

Исследователи из Университета Аалто разработали новый тип инфракрасного фотодиода, который на 35% более чувствителен к длине волны 1,55 мкм, ключевой длине волны для телекоммуникаций, по сравнению с другими компонентами на основе германия. Важно отметить, что это новое устройство может быть изготовлено с использованием современных производственных технологий, что делает его очень практичным для внедрения.

«Нам потребовалось восемь лет от идеи до подтверждения концепции», — говорит Хеле Савин, профессор Университета Аалто.

Основная идея состоит в том, чтобы сделать фотодиоды с использованием германия вместо арсенида индия-галлия. Германиевые фотодиоды дешевле и уже полностью совместимы с процессом производства полупроводников, но до сих пор германиевые фотодиоды плохо справлялись с захватом инфракрасного света.

Команде Савина удалось создать германиевые фотодиоды, которые улавливают почти весь падающий на них инфракрасный свет.
Исследование было опубликовано 1 января 2025 г. в журнале Свет: наука и приложения.

«Высокая производительность стала возможной благодаря объединению нескольких новых подходов: устранению оптических потерь с помощью поверхностных наноструктур и минимизации электрических потерь двумя разными способами», — объясняет Ханчен Лю, докторант-исследователь, создавший экспериментальное устройство.

Испытания группы показали, что их экспериментальный фотодиод превзошел по чувствительности не только существующие германиевые фотодиоды, но и коммерческие фотодиоды на основе арсенида индия-галлия. Новая технология очень эффективно улавливает инфракрасные фотоны и хорошо работает в широком диапазоне длин волн. Новые фотодиоды могут быть легко изготовлены на существующих производственных предприятиях, и исследователи ожидают, что их можно будет напрямую интегрировать во многие технологии.

«Сейчас самое подходящее время. Сегодня так много областей деятельности полагаются на обнаружение инфракрасного излучения, что эта технология стала частью нашей повседневной жизни», — говорит Савин.

Савин и остальные члены команды стремятся увидеть, как их технология повлияет на существующие приложения, и выяснить, какие новые приложения станут возможными благодаря улучшенной чувствительности.