Невидимый для наших глаз, коротковолновый инфракрасный свет, SWIR, может обеспечить беспрецедентную надежность, функциональность и производительность в крупносерийных приложениях, использующих компьютерное зрение, в сервисной робототехнике, автомобилях и бытовой электронике. Датчики изображения с чувствительностью SWIR могут надежно работать в неблагоприятных условиях, таких как яркий солнечный свет, туман, дымка и дым. Кроме того, SWIR-диапазон обеспечивает безопасные для глаз источники освещения и открывает возможность определения свойств материалов с помощью молекулярной визуализации. Технология датчиков изображения на основе коллоидных квантовых точек (CQD) представляет собой перспективную технологическую платформу для создания совместимых с большими объемами датчиков изображения в SWIR-диапазоне. CQD, нанометрические полупроводниковые кристаллы, представляют собой обработанную раствором материальную платформу, которая может быть интегрирована с CMOS и позволяет получить доступ к SWIR-диапазону. Однако на пути превращения чувствительных к SWIR квантовых точек в ключевую технологию для массового применения стоит серьезное препятствие, поскольку они часто содержат тяжелые металлы, такие как свинец или ртуть (IV-VI Pb, Hg-халькогенидные полупроводники). Эти материалы подпадают под действие европейской директивы Restriction of Hazardous Substances (RoHS), регулирующей их использование в коммерческих потребительских электронных приложениях. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, ученые ICFO Юнцзе Ванг, Лючэн Пенг и Адитья Малла под руководством профессора ICREA в ICFO Герасимоса Константатоса в сотрудничестве с исследователями Жюльеном Шрейером, Ю Би, Андресом Блэком и Стином Гуссенсом из Qurv сообщили о разработке высокоэффективных инфракрасных фотоприемников и коротковолнового инфракрасного (SWIR) датчика изображения, работающего при комнатной температуре, на основе нетоксичных коллоидных квантовых точек. В исследовании описывается новый метод синтеза настраиваемых по размеру квантовых точек теллурида серебра (Ag2Te) без фосфина при сохранении преимущественных свойств традиционных аналогов из тяжелых металлов, что открывает путь к внедрению технологии коллоидных квантовых точек SWIR на крупносерийные рынки. Изучая способ синтеза нанокристаллов теллурида висмута серебра (AgBiTe2) для расширения спектрального охвата технологии AsBiS2 с целью повышения эффективности фотоэлектрических устройств, исследователи получили теллурид серебра (Ag2Te) в качестве побочного продукта. Этот материал продемонстрировал сильное и настраиваемое квантовое ограниченное поглощение сродни квантовым точкам. Осознав его потенциал для использования в фотоприемниках и датчиках изображения SWIR, они направили свои усилия на создание и контроль нового процесса синтеза бесфосфиновых версий квантовых точек теллурида серебра, поскольку было установлено, что фосфин оказывает пагубное влияние на оптоэлектронные свойства квантовых точек, необходимые для фотодетектирования. В своем новом синтетическом методе команда использовала различные бесфосфиновые комплексы, такие как теллур и серебряные прекурсоры, что позволило получить квантовые точки с хорошо контролируемым распределением размеров и экситонными пиками в очень широком диапазоне спектра. После изготовления и определения характеристик новые синтезированные квантовые точки продемонстрировали замечательные характеристики, с отчетливыми экситонными пиками более 1500 нм — беспрецедентное достижение по сравнению с предыдущими методами изготовления квантовых точек на основе фосфина. Исследователи решили использовать полученные бесфосфиновые квантовые точки для изготовления простого лабораторного фотодетектора на обычной стандартной стеклянной подложке с покрытием ITO (Indium Tin Oxide), чтобы охарактеризовать устройство и измерить его свойства.
Изначально фотодиод демонстрировал низкую производительность при восприятии SWIR-излучения, что заставило пересмотреть конструкцию, включив в нее буферный слой. Эта корректировка значительно улучшила характеристики фотодетектора, в результате чего фотодиод SWIR продемонстрировал спектральный диапазон от 350 до 1600 нм, линейный динамический диапазон более 118 дБ, полосу пропускания -3 дБ более 110 кГц и обнаружительную способность порядка 1012 Джонса при комнатной температуре.
Успешно разработав этот не содержащий тяжелых металлов фотоприемник на основе квантовых точек, исследователи пошли дальше и совместно с компанией Qurv, подразделением ICFO, продемонстрировали его потенциал, создав в качестве примера датчик изображения SWIR. Команда интегрировала новый фотодиод с матрицей фокальной плоскости (FPA) на основе КМОП-считывающей интегральной схемы (ROIC), впервые продемонстрировав нетоксичный, работающий при комнатной температуре датчик изображения SWIR на основе квантовых точек. Авторы исследования протестировали устройство, чтобы доказать его работу в SWIR, сделав несколько снимков целевого объекта. В частности, им удалось получить изображение просвечивания кремниевых пластин в SWIR-свете, а также визуализировать содержимое пластиковых бутылок, которые были непрозрачны в видимом диапазоне света.
Теперь исследователи хотят повысить производительность фотодиодов, разработав стек слоев, из которых состоит устройство фотодетектора. Они также хотят изучить новые химические составы поверхности для квантовых точек Ag2Te, чтобы улучшить производительность, а также термическую и экологическую стабильность материала на пути к выходу на рынок. Фото предоставлено ICFO 03.01.2024 |
Хайтек
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений | |
Для инженеров, работающих над мягкой робо... |
Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников | |
Функциональность многих современных передовых ... |
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом | |
С помощью большой языковой модели инженеры Мас... |
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка | |
Слабые флуктуации в сверхпроводимости, яв... |
Роняйте на здоровье. Разработан материал для электроники с адаптивной прочностью | |
Неприятности случаются каждый день, и есл... |
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов | |
Органическая электроника — область,... |
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре | |
Печатаемый органический полимер, который при&n... |
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах | |
Исследовательская группа, работающая в UN... |
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе | |
Исследователи из Стэнфорда приблизились к... |
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий | |
Когда речь заходит о сверхпроводящих куби... |
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний | |
Ученые из Университета Падерборна примени... |
Физики впервые услышали звуки "схлопывания" тепла в сверхтекучей жидкости | |
В большинстве материалов тепло предпочитает ра... |
Nature Communications: Ученые придумали, как защитить золотые катализаторы | |
Впервые исследователи, в том числе и... |
Nature Photonics: Поставлен рекорд эффективности первоскитовых светодиодов | |
Используя простой метод solvent sieve, исследо... |
Создан новый сверхпроводник из иридия, циркония и платины с хиральной структурой | |
Исследователи из Токийского университета ... |
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов | |
Исследователи из Калифорнийского универси... |
В Японии робота с живыми мышцами научили ходить под водой — на суше он высохнет | |
Исследователи из Токийского университета ... |
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути | |
Исследователи из Принстона применили спле... |
Создано доступное и экологичное решение для плоских дисплеев и носимой техники | |
Исследовательская группа под руководством... |
Разработан экологичный способ производства проводящих чернил для электроники | |
Исследователи из Университета Линчепинга,... |
AFM: Ученые разрабатывают технологию интеграции искусственных нейронных сетей | |
С появлением таких новых отраслей, как ис... |
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света | |
В основе глобальной интернет-связи лежит оптич... |
Создан новый держатель образцов для измерения температур в сверхмалом диапазоне | |
Группа специалистов из Helmholtz-Zentrum ... |
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения | |
Мемристорные устройства представляют собой кат... |
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников | |
Замещающее легирование чужеродными элементами ... |
eLight: Разработан подход для создания сверхчувствительных сенсоров | |
Датчики — важнейшие инструменты для... |
Монополи фазы Берри применили для создания высокотемпературных спинтроников | |
Спинтроники — это электронные ... |
Создан новый подход для разработки новых оптических устройств для биомедицины | |
Интегрированные сети распределения, обработки ... |
LAM: Создано устройство, способное произвести революцию в использовании света | |
Жидкокристаллические, или ЖК, фазовые мод... |