Знайдено спосіб підвищити чутливість інфрачервоних фотодатчиків

Інфрачервоний діапазон успішно експлуатується як на побутовому рівні, так і в науці, техніці і в системах безпеки. Пульти дистанційного керування, прилади нічного бачення, системи сканування багажу, телескопи та багато іншого були б неможливі без інфрачервоних фотодатчиків. Групі вчених з Японії і США вдалося істотно підвищити чутливість інфрачервоних фотодатчиків, що обіцяє багато цікавих рішень.

Вчені розрахували параметри інфрачервоних фотоприймачів з шарів графена і суміші чорних фосфору і миш’яку. Отримані таким чином датчики здатні вловлювати інфрачервоне випромінювання з енергією менше забороненої зони цих шарів без графена. Більш того, змінюючи співвідношення добавок, датчики легко модифікувати для збільшення чутливості до потрібної довжини хвилі світла. Зокрема, це повинно привести до появи надчутливих приймачів далекого інфрачервоного і терагерцового випромінювання.

Крім побутового застосування дальній інфрачервоний діапазон вкрай важливий в науці. Наприклад, це випромінювання властиво космічного пилу, знання про яку дають уявлення про еволюцію галактик. Також терагерцового випромінювання застосовується в системах безпеки для сканування багажу і воно набагато безпечніше рентгенівського. Поява більш чутливих датчиків дозволить поліпшити характеристики приладів та інструментів у багатьох сферах.

Основна ідея при розробці нових фотодатчиків полягала в тому, щоб максимально зменшити так званий темновой ток – рух електронів (дірок) в матеріалі фотоприймача під впливом температурних процесів. Такий рух можливо навіть при відсутності зовнішнього сигналу (випромінювання), що веде до появи шуму в приладі і до зниження його чутливості.


В ході розрахунків і наступних експериментів з’ясувалося, що якщо графеновий моношар оточити шарами з суміші чорного фосфору і чорного миш’яку в різних пропорціях, то це, по-перше, дозволяє зрушувати робочий діапазон частот фотоприймача і, по-друге, істотно знижує темновой струм. Як правило темновой ток пригнічується за допомогою охолодження датчиків, але нове відкриття обіцяє привести до появи фотоприймачів з високим співвідношенням сигнал/шум навіть при високих робочих температурах.