O materials de fotodetector de banda larga sente luz visível para o infravermelho de onda longa, simplificando o design do dispositivo

Uma equipe de pesquisa na Coréia do Sul desenvolveu um materials de sensor de próxima geração capaz de integrar a detecção de vários comprimentos de onda de luz.

Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Dr. Wooseok Tune no Korea Analysis Institute of Chemical Know-how (KRITT) e pelo professor Dae Ho Yoon na Universidade Sungkyunkwan desenvolveram com sucesso um novo banda larga Materials de fotodetector que pode sentir uma ampla gama de comprimentos de onda em comparação com os materiais comerciais existentes e alcançou a síntese econômica em um substrato em escala de wafer de 6 polegadas.

Esta pesquisa é publicado em ACS Nano.

Os fotodetectores são tipicamente divididos em diferentes categorias, dependendo do faixa de comprimento de onda Eles detectam, servindo aplicativos em dispositivos inteligentes, segurança, monitoramento ambiental e assistência médica.

Até agora, separam os sensores para infravermelho visível, próximo a infravermelho (NIR), infravermelho médio (MWIR) e de onda longa (LWIR). Por exemplo, veículos autônomos ou drones militares precisam montar vários sensores para diferentes funções. Os fotodetectores de banda larga, no entanto, integram múltiplos faixas de comprimento de onda em um único sensor.

Os sensores convencionais de banda larga com base em materiais bidimensionais (2D) só podiam detectar de comprimentos de onda visíveis para NIR, enquanto a detecção de MWIR e LWIR period limitada, e sua baixa estabilidade sob variações de umidade e temperatura impediu aplicações externas ou de defesa.

O recém-desenvolvido materials de fotodetector de banda larga detecta o espectro completo de visível para LWIR e mantém a estabilidade mesmo em condições de alta temperatura e alta umidade. Isso permite que os projetos de produtos sejam simplificados e custos de produção reduzido substituindo vários sensores por um único dispositivo integrado.

Por exemplo, um veículo autônomo ou um drone militar poderia integrar sensores de luz visível (para imagens e reconhecimento diurnos), sensores NIR como Lidar (para medição da distância) e sensores MWIR/LWIR (para detecção humana noturna) em um.

A equipe utilizou um isolador cristalino topológico (SNSE₀.₉te₀.₁), derivado do seleneto de lata semicondutor 2D (SNSE) com substituição de telúrio (TE).

Como materials quântico, os TCIs exibem uma lacuna de banda estreita, permitindo a detecção de luz de comprimento de onda longo, como Mwir e Lwir, mantendo também a alta estabilidade.

Ao contrário dos semicondutores 2D convencionais que não podem detectar fótons de baixa energia devido a uma ampla lacuna de banda, a estrutura do TCI permite que os elétrons se movam livremente nos estados da superfície, permitindo que a banda larga e a detecção altamente sensível-incluindo a radiação térmica sutil sutil, como o emitido por dedos humanos.

Como resultado, esse novo materials atinge a detecção de banda larga em uma faixa mais ampla de ~ 8 × (0,5-9,6 μm), em comparação com os semicondutores 2D convencionais (0,4-1,2 μm). Também é fino, leve e altamente estável, sob alta temperatura, umidade e até condições subaquáticas.

Outra vantagem importante é o processo de fabricação simplificado e de baixo custo.

Enquanto a síntese tradicional de TCI exigia equipamentos caros de ultra-alto-alto-vacuum, como Epitaxia de feixe molecular (MBE), a equipe de pesquisa projetou SNSE₀.₉te₀.₁ Para reter propriedades topológicas, sendo menos sensível, permitindo a síntese de decomposição térmica baseada em solução econômica. Isso permitiu uma produção uniforme em uma bolacha de 6 polegadas do tamanho de uma palmeira, que é compatível com os processos de semicondutores existentes, tornando-a favorável para a fabricação em larga escala.

A equipe agora está estendendo essa tecnologia a bolachas de 8 polegadas ou maiores e integrando matrizes e circuitos de sensores para desenvolver módulos completos de sensores.

O Dr. Wooseok Tune explicou: “Este sensor pode cobrir aplicativos que variam de veículos autônomos e drones militares a smartwatches e sistemas de segurança da IoT para casa”.

O presidente do Kritt, Younger-Kuk Lee, enfatizou: “Esse avanço marcará um ponto de virada na substituição de sensores de banda larga importados e dispensados ​​em uma period de sensores de banda larga produzidos no país e de alto desempenho”.