Благодаря дополнительной оптимизации и исследованиям высокоочищенные пленки полупроводниковых одностенных углеродных нанотрубок (s-SWCNT) превзойдут текущие характеристики и эффективность фотодетекторов при значительно более низкой стоимости. Технология будет интегрирована во множество различных оптоэлектронных устройств, способных обнаруживать и обрабатывать свет. Кредит: Nano Research Energy

Сверхчувствительные коротковолновые инфракрасные фотодетекторы, которые обнаруживают часть длины волны коротковолнового инфракрасного света за пределами видимого спектра, имеют множество потенциальных применений, включая ночное наблюдение, навигацию в плохих погодных условиях, волоконно-оптическую связь и контроль качества полупроводников.

Коротковолновые инфракрасные фотодетекторы традиционно изготавливались из материалов III-V, таких как арсенид индия-галлия (InGaAs). Однако фотодетекторы InGaAs дороги, и текущие исследования альтернативных материалов для фотодетекторов , таких как s-SWCNT, в идеале снизят стоимость коротковолновых инфракрасных фотодетекторов, повысив при этом как производительность, так и эффективность.

Группа ведущих ученых из Пекинского университета рассказала о текущих технологиях и проблемах, связанных с превращением пленок s-SWCNT в коротковолновые инфракрасные фотодетекторы, чтобы стимулировать дополнительные исследования и применение этой технологии. Текущие достижения в технологии очистки растворов будут способствовать разработке пленок s-SWCNT высокой чистоты, подходящих для однородных и высокопроизводительных оптоэлектронных устройств большой площади и приложений, которые обнаруживают и обрабатывают свет, включая фотодетекторы.

Должна быть достигнута дальнейшая оптимизация чистоты пленки, толщины, прозрачности и выравнивания массива, прежде чем пленки s-SWCNT будут соответствовать или превосходить уровень производительности традиционных, более дорогих фотодетекторов, изготовленных из InGaAs или аналогичных материалов.

Команда опубликовала свой обзор в выпуске Nano Research Energy от 16 марта.

«Обзор прогресса пленочных фотодетекторов s-SWCNT может прояснить текущий статус исследований, проблемы и области применения пленочных фотодетекторов s-SWCNT и оптоэлектронной интеграции», — сказал Шэн Ван, один из авторов обзорной статьи и доцент Школы электроники в Пекинском университете, Китай.

«Мы описали технологию s-SWCNT в трех разделах: (1) текущий статус исследований пленочных фотодетекторов s-SWCNT, (2) текущий статус исследований монолитной / трехмерной оптоэлектронной интеграции на основе пленочных фотодетекторов s-SWCNT и (3) требования к пленке s-SWCNT и структуре устройства для идеальных пленочных фотодетекторов s-SWCNT и оптоэлектронной интеграции», — сказал Ван.

«Следующим шагом в этой области является улучшение характеристик пленочных фотодетекторов на основе s-SWCNT за счет оптимизации пленок s-SWCNT и структуры устройства. Для оптимизации пленки s-SWCNT необходимо повысить полупроводниковую чистоту однородной пленки s-SWCNT более 99,9999%», — сказал Ван.

Достижение этих уровней чистоты не является тривиальным вопросом. Ранние методы очистки пытались выжечь примеси s-SWCNT после того, как пленки были выращены, но приводили к получению пленок с большим количеством дефектов. С тех пор сопряженные полимеры использовались для очистки s-SWCNT не только от примесей, но и по их диаметру, поскольку разные диаметры s-SWCNT определяют, какие длины волн могут детектировать пленки. Недавно в процессе сортировки удалось достичь уровня чистоты s-SWCNT, необходимого для высокопроизводительной электроники.

Также требуется оптимизация при подготовке пленки s-SWCNT, включая толщину, прозрачность и выравнивание. Для выращивания пленок s-SWCNT было разработано множество методов, но методы осаждения и покрытия погружением часто предпочтительнее из-за их простоты, стабильности и получения гомогенных пленок, которые они производят. Один масштабируемый и эффективный метод покрытия погружением контролирует отложение s-SWCNT, просто изменяя количество подъемов подложки из органического растворителя диспергированных s-SWCNT и скорость каждого подъема.

Область электроники признает потенциал s-SWCNT как подходящего материала для высокопроизводительных коротковолновых инфракрасных детекторов, но существует значительный разрыв в производительности между традиционными фотодетекторами, изготовленными из таких материалов, как InGaAs, и пленочными фотодетекторами s-SWCNT. «Конечная цель — оптимизировать характеристики пленочных фотодетекторов s-SWCNT, чтобы они были сопоставимы с коммерческими фотодетекторами по более низкой цене», — сказал Ван.

Исследователи считают, что это увеличение производительности и снижение стоимости приведет к интеграции большего количества коротковолновых инфракрасных фотодетекторов в устройства и разработке новых оптоэлектронных приложений в будущем. Область также стремится интегрировать высокопроизводительные углеродные нанотрубки в электрические цепи.