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美国开发出单晶锗纳米膜光电探测器
2017-07-14
 

[据物理学组织网站201777日报道] 在当今功能越来越强大的电子产品中,微型材料是制造商在不增加产品体积的前提下提高性能的必经之路。

小型化也有益于光电子器件——如相机传感器和太阳电池——它们收集光并将光转化为电能。例如,试想一下缩小太阳电池板的尺寸并降低重量,在低光照条件下生产出更高质量的照片,甚至能以更快速度传输数据。

然而,目前面临两大挑战:第一,传统“无定形”薄膜材料在缩小尺寸的同时也降低了质量;第二,当超薄材料变得太薄的时候,它们几乎透明,失去了聚集或吸收光的能力。

美国威斯康星大学麦迪逊分校和布法罗大学研究团队利用纳米腔开发出一种单晶锗纳米膜光电探测器,该技术采用独特的制备方法和光捕获结构,克服了上述两个挑战。研究成果于201777日发表在《科学进展》杂志。

马振强教授称:“该想法是为了使用非常薄的材料替代非常厚的材料,实现器件的相同功能。”该器件的纳米腔位于超薄单晶锗薄膜构成的顶层与银薄膜构成的反射层之间。光子在纳米腔中循环,因而光吸收会大幅增强——甚至在非常薄的材料中。纳米腔由有序的一系列微小互连分子组成,这些分子基本上反射或者循环光。纳米腔结构增加了像锗这样的超薄半导体材料吸收的光量。

然而,大部分锗薄膜以非晶态形式存在,缺乏晶体的周期性排列,这也意味着它无法满足越来越小的光电子应用。马振强教授是半导体纳米膜器件领域的专家,他采用革命性膜转移技术,将单晶半导体材料轻松集成到基片上,制备出超薄、高效光吸收光电探测器——未来可作为光电子应用的模块。采用该技术有望生产出具有更小尺寸的光电器件。研究人员采用锗半导体验证技术,也可以用在其它半导体。

研究人员称:“重要的是,通过调节纳米腔,我们可以控制吸收的波长,未来有望开发出更多光电器件的制备技术。”(工业和信息化部电子第一研究所   许文琪)

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