Ученые создали высокочувствительный фотодетектор атомной толщины
21.08.2018
Сотрудники Московского института
электронной техники (МИЭТ) совместно с зарубежными коллегами использовали
современные методы лазерной обработки для создания на основе графена фотодетекторов,
которые потребляют мало энергии и не нуждаются в охлаждении. Исследование поддержано грантом
Российского научного фонда (РНФ). Статья ученых опубликована в журнале ACS Photonics.
«По сути, мы
впервые продемонстрировали новую технологию, основанную на прямой лазерной
модификации материала атомной толщины, и впервые продемонстрировали
функциональный прибор – фотодетектор, созданный с ее использованием. Учитывая,
что электроника и микроэлектроника сейчас находятся в состоянии поиска новых
материалов и методов, позволяющих повысить характеристики приборов,
предложенная нами технология может явиться началом нового технологического
направления», – говорит один из авторов работы, доктор технических наук,
профессор кафедры квантовой физики и наноэлектроники МИЭТ Иван Бобринецкий.
Графен –
материал, представляющий собой слой графита толщиной в один атом. После своего
открытия он привлек внимание ученых из-за обилия уникальных и практически
важных физических свойств. Например, этот материал обладает рекордно большой
теплопроводностью и высокой механической жесткостью, что делает его пригодным
для создания высокоэффективных теплоотводящих поверхностей. Благодаря малой
толщине и высокой подвижности электронов в его структуре, графен может
использоваться для изготовления элементов микросхем: транзисторов и
конденсаторов.
Новое
применение этого материала описали в своей работе ученые Московского института
электронной техники. Они показали, что графен можно использовать в качестве
материала для фотодетекторов. Обычный графен был непригоден для этого из-за быстрой
рекомбинации сгенерированных носителей заряда на его поверхности, поэтому
ученые модифицировали ее, облучая графен лазером очень короткое время – порядка
одной квадриллионной доли секунды. В качестве подложки, на которой проводилась
модификация образца, выступил кремний, но, по словам исследователей, заменить
его может и гибкий полимер. Это расширяет горизонты возможного использования
технологии модификации наноматериалов. В результате эксперимента ученые
получили материал с иной структурой энергетических уровней атомов, что
обеспечило его высокую чувствительность к воздействию видимого света.
Созданная
учеными технология позволяет делать фотодетекторы атомной толщины, которые
потребляют мало энергии и не нуждаются в охлаждении. Такие фотодетекторы могут
использоваться при создании портативных матриц высокого разрешения,
составляющих основу современных фото- и видеокамер. Подобные структуры также можно
использовать в новых элементах электроники в качестве компонентов оптических
пар – элементов микросхем, сигнал в которых передается с помощью световых, а не
электрических импульсов. По словам ученых, применение разработанной технологии перспективно
в оптогенетике – исследовании и лечении заболеваний мозга и нервной системы путем
введения в ткани оптических волокон. Размещение фотодетектора на конце
оптического волокна позволит повысить разрешение и чувствительность методов оптогенетики.
«Работа
проведена совместно с учеными из Испании и Германии. Российским ученым,
непосредственно участвовавшим в разработке самой технологии, удалось перенять
передовой международный опыт как в области создания структур на основе графена,
так и в работе на уникальной, в том числе и для Европы, установке
высокоскоростной фемтосекундной лазерной литографии. В России установок такого
уровня нет», – подводит итог Иван Бобринецкий.
Пресс-служба Российского научного фонда