Учёные Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, Института химии ДВО РАН и Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН предложили недорогую и нетоксичную технологию получения материала, улавливающего ближний и коротковолновый инфракрасный свет с эффективностью до 96%. Инфракрасные датчики широко используются в медицине и технике — для передачи данных по оптоволокну, визуализации сосудов и опухолей, систем ночного видения и бесконтактных термометров. Однако распространённый кремний улавливает лишь узкий диапазон длин волн, а германий отражает до 40% падающего света. Чтобы улучшить поглощение, на поверхности создают микрорельеф в виде пирамидок, но существующие методы его получения слишком дороги и неэкологичны. Результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.
Авторы поместили гладкую пластину германия в нагретую до 60°C смесь серной кислоты и перекиси водорода — в результате химической реакции на поверхности образовался плотный массив пирамидок высотой в тысячные доли миллиметра. Такая текстура уменьшила среднее отражение света с 40% до 12%. Затем на микрорельеф нанесли тонкий слой германида магния, который снизил отражение до рекордных 4,2% и позволил материалу улавливать почти 96% ближнего и коротковолнового инфракрасного света, расширив диапазон поглощаемых длин волн.
На основе такого композита учёные сконструировали фотодетектор, улавливающий инфракрасный свет с длиной волны от 800 до 3000 нанометров, — тогда как существующие аналоги на основе германия работают лишь до 2200 нанометров. В телекоммуникационном диапазоне (1550 нанометров) прибор преобразует свет в электрический сигнал с эффективностью 100% всего за десятки микросекунд. Благодаря таким показателям устройство может найти применение в системах высокоскоростной связи, ночного видения и медицинской диагностики, а сама технология значительно упростит и удешевит производство подобных приборов.
Изображение: пластины германия до и после травления. Источник: Александр Шевлягин / Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН.
