Ученые разработали простую, доступную и масштабируемую технологию производства кремниевых фотодетекторов, способных определять поляризацию света. Благодаря наноразмерным решеткам, созданным лазером на поверхности обычного кремния, материал приобрел способность воспринимать поляризованный свет. Такие фотодетекторы могут применяться в медицинских приборах для визуализации живых тканей и в системах шифрования информации с помощью световых импульсов. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.
Слева представлен стандартный кремниевый фотодетектор (ФД-К-155); справа — разработка авторов с напечатанной нанорешеткой, регистрирующей поляризацию падающего света.
Кремний служит основой современной электроники, в том числе оптоэлектронных устройств, обрабатывающих информацию с помощью света. Однако этот материал не различает поляризованный свет. Поляризация — это характеристика направления распространения электрического и магнитного полей световой волны. Свет лампы накаливания не поляризован, векторы его полей направлены во все стороны. Пропустив свет через поляризатор, можно «отсечь» часть векторов. Фотография использует эффект поляризации для избегания бликов от солнца, а также в устройствах для визуализации тканей, астрономических наблюдений и кодирования сигналов с помощью света.
Для изготовления подобных устройств на базе кремния необходимо сделать материал способным различать поляризованный свет от неполяризованного. Для этого применяют либо дорогие полупроводниковые материалы, либо дорогие методы литографии – избирательного формирования на поверхности кремния чувствительных участков с помощью фотошаблонов, но результаты пока ограничены.
Ученые из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (Владивосток) разработали Технология для изготовления кремниевых устройств нового поколения, реагирующих на полярisasi света, простая и масштабируемая.
Ученые для фотодетекторов использовали обычные кремниевые пластины. На их поверхности при помощи лазера создавали оптически различающиеся наноразмерные решетки, которые по-разному взаимодействовали со светом и делали материал чувствительным к поляризации.
Физики испытали полученные фотодетекторы, направляя на них свет разной длины волн (от 500 до 1600 нанометров, то есть зелёный, жёлтый, оранжевый, красный и инфракрасный), а также с разными поляризациями (поляризованный или нет). Эксперимент показал, что кремниевые фотодетекторы различат поляризацию света в широком диапазоне длин волн — от 700 до 1100 нанометров, что соответствует красному и инфракрасному диапазонам. При этом эффективность улавливания ими падающего света составила 100%. Благодаря таким характеристикам фотодетекторы можно будет применять в медицине для исследования живых тканей и препаратов, а также в составе более сложных высокоточных оптоэлектронных устройств.
Авторы указывают на возможность применения технологии для работы с материалами большой площади без использования дорогого оборудования и вредных веществ, что облегчает ее промышленное освоение.
Технологию можно применять при создании высококонтрастных фотодетекторов для работы с медицинскими и биологическими препаратами, а также тканями. Подход позволяет адаптировать обычный кремниевый фотодетектор для работы в оптоволоконных линиях связи, обеспечивающих интернет-соединение.
Кремниевая основа разработки делает ее доступной по цене и масштабируемой. Разработанные фотодетекторы пригодны для линий передачи зашифрованной информации: поляризация света выступает дополнительным методом шифрования. Юлия Бородаенко, первый автор работы и младший научный сотрудник, участвующего в проекте, поддержанном грантом РНФ, рассказывает. Лаборатория занимается синхротронными методами исследования свойств новых функциональных наноматериалов для оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики. Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.
В будущем мы улучшим настройки лазерной печати, чтобы ускорить создание изображения, отвечающего практическим задачам, и приспособление технологии для работы с другими полупроводниками, используемыми в оптоэлектронике, например, германием. «Подводит итог участник проекта, получившего поддержку от гранта Российского научного фонда, Александр Шевлягин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник.» Лаборатория, занимающаяся синхротронными методами исследования свойств новых функциональных наноматериалов в области оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики. Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фотографии.