Układy scalone wrażliwe na światło podczerwone

Układy scalone wrażliwe na światło podczerwone

Naukowcy z pięciu centrów badawczych opracowali nowe podejście, które umożliwi detektorom krzemowym współpracować z szerokim spektrum światła podczerwonego. Otwiera to potencjalnie drzwi do nowych systemów obrazowania w podczerwieni lub produkcji ogniw słonecznych.

Dotychczas wszystkie technologie sensorów, które są czułe na promieniowanie podczerwone spotykały się z ograniczeniami, ale nowo opracowana metoda może pomóc je wyeliminować.

Krzem pozwala przechodzić przez siebie podczerwieni, jednak wykazuje słabą interakcję z tego typu światłem. Pewne sposoby domieszkowania mogą w pewnym stopniu ograniczyć ten problem poprzez stworzenie falowodu z zamierzonymi wadami strukturalnymi. Metoda napotyka, jednak ograniczenia, takie jak negatywny wpływ na wydajność elektryczną układu, działanie wyłącznie w bardzo niskich temperaturach, czy reakcję na podczerwień w bardzo wąskim paśmie podczerwieni.

Nowo zaprojektowany układ działa w temperaturze pokojowej i pozwala na wyraźną odpowiedź na podczerwień, dzięki atomom złota obecnym na powierzchni struktury krystalicznej krzemu. Podczas tworzenia układu, powierzchnię krzemu topi się przez kilka nanosekund, a następnie jego atomy rekrystalizują w prawie idealny sześcienny układ, w którym zamknięte zostają atomy złota.

Zastosowanie złota w projekcie było sporym zaskoczeniem dla profesor inżynierii mechanicznej na MIT, Tonio Buonassisiego. „Zazwyczaj złoto źle współpracuje z krzemem. Nawet najmniejsze jego cząstki mogą zniszczyć przydatność mikrochipu z krzemu. Z tego powodu w wielu zakładach produkcji chipów, noszenie złotej biżuterii jest zabronione. To jedno z najgorszych zanieczyszczeń jakie możemy znaleźć w układach krzemowych.", powiedział profesor.

Jednak dzięki osiągnięciu wysokich stężeń poprzez domieszkowanie laserowe, złoto może mieć pozytywny wpływ na właściwości optoelektroniczne urządzenia. Buonassisi twierdzi, że wydajność systemu może być zbyt niska do zastosowania w krzemowych ogniwach słonecznych, jednak może on znaleźć zastosowanie w innych materiałach, które mogłyby być użyteczne przy wytwarzaniu ogniw słonecznych.

Badania były finansowane przez US Army Research Office, National Science Foundation, Departament Energii USA oraz MIT-KFUPM Center for Clean Water and Energy.

(rr)