Создание более совершенных инфракрасных датчиков: новая конструкция фотодиода повышает оперативность

Обнаружение инфракрасного света имеет важное значение для широкого спектра технологий: от пультов дистанционного управления и систем автофокусировки до беспилотных автомобилей и гарнитур виртуальной реальности. Это означает, что повышение эффективности инфракрасных датчиков, таких как фотодиоды, будет иметь серьезные преимущества.

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 доказательства концепции», — объясняет 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.

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

«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, который в принципе построил устройство для проверки.

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

«Сейчас самое подходящее время. В настоящее время так много областей 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 узнать, какие новые приложения станут возможными благодаря улучшенной чувствительности.