Valosähköinen muunnosliitos kaksiulotteiseen puolijohteeseen

DGIST:n sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen laitoksen professori Hyuk-Jun Kwonin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt teknologian, joka muodostaa suoraan liitosrakenteen kaksiulotteiseen (2D) puolijohteeseen laserin avulla fotoilmaisun suorituskyvyn parantamiseksi.

Heidän tutkimuksessaan kehitettiin prosessiteknologia, jolla voidaan saavuttaa tehokkaita fotoilmaisimia yhdellä laserprosessilla ilman erityisiä pinoamis- tai siirtoprosesseja. Tämän prosessin odotetaan edistävän seuraavan sukupolven joustavien anturien, kuva-antureiden ja integroitujen optoelektronisten laitteiden kehitystä.

Valoilmaisin on piirirakenne, joka muuntaa valon sähköisiksi signaaleiksi ja jota käytetään laajalti kuvasensoreissa, optisessa viestinnässä, esineiden internetissä (IoT) ja joustavissa sensoreissa. Erityisesti 2D-puolijohteet ovat lupaavia seuraavan sukupolven materiaaleja atomikerroksen paksuutensa ja joustavuutensa ansiosta.

Perinteiset liitosrakenteet ovat kuitenkin tyypillisesti perustuneet menetelmiin, joissa eri materiaaleja pinotaan tai siirretään kerros kerrokselta. Niillä on rajoituksia, kuten monimutkaiset valmistusprosessit ja kontaminaation tai vikojen todennäköisyys prosessin aikana.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tutkimusryhmä ehdotti prosessia, jossa laseria kohdistetaan suoraan yhteen 2D-materiaaliin, tinadisulfidiin (SnS₂), jolloin liitokset luodaan vain haluttuihin kohtiin.

Tämä prosessi voidaan suorittaa yksinkertaisesti normaaleissa ympäristöolosuhteissa, ja laserilla säteilytettyjen alueiden ominaisuudet muuttuvat niiden ohentuessa ja sitoutuessa happeen. Tämän seurauksena laserilla käsiteltyjen ja käsittelemättömien alueiden väliin muodostuu luonnollisesti "energiaeste", joka tehokkaasti erottaa valon tuottamat varaukset.

Tuloksena oleva energiaeste erottaa nopeasti valon synnyttämät positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet varauksenkuljettajat ja estää niiden rekombinaation ja siitä johtuvan sähköisen signaalin häviämisen.

Tutkimusryhmän valmistama valoilmaisin osoitti yli kymmeniä kertoja nopeampia vasteaikoja kuin perinteisillä menetelmillä ja samalla erinomaista suorituskykyä sekä valosähköisen muunnoksen hyötysuhteessa että kyvyssä havaita heikkoa valoa. Tiimi vahvisti myös vakauden, jossa suorituskyky säilyy myös toistuvien mittausten jälkeen.

Aiheesta aiemmin:

Valoa valolla ohjaten

Valoilmaisimet tuplaavat tehokkuutensa