Сотрудники Московского института электронной техники (МИЭТ) совместно с зарубежными коллегами использовали современные методы лазерной обработки для создания на основе графена фотодетекторов, которые потребляют мало энергии и не нуждаются в охлаждении. Такие фотодетекторы могут использоваться при создании портативных матриц высокого разрешения, составляющих основу современных фото- и видеокамер. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья ученых опубликована в журнале ACS Photonics.
«По сути, мы впервые продемонстрировали новую технологию, основанную на прямой лазерной модификации материала атомной толщины, и впервые продемонстрировали функциональный прибор – фотодетектор, созданный с ее использованием. Учитывая, что электроника и микроэлектроника сейчас находятся в состоянии поиска новых материалов и методов, позволяющих повысить характеристики приборов, предложенная нами технология может явиться началом нового технологического направления», – говорит один из авторов работы, доктор технических наук, профессор кафедры квантовой физики и наноэлектроники МИЭТ Иван Бобринецкий.
Графен – материал, представляющий собой слой графита толщиной в один атом. После своего открытия он привлек внимание ученых из-за обилия уникальных и практически важных физических свойств. Например, этот материал обладает рекордно большой теплопроводностью и высокой механической жесткостью, что делает его пригодным для создания высокоэффективных теплоотводящих поверхностей. Благодаря малой толщине и высокой подвижности электронов в его структуре, графен может использоваться для изготовления элементов микросхем: транзисторов и конденсаторов.
Новое применение этого материала описали в своей работе ученые Московского института электронной техники. Они показали, что графен можно использовать в качестве материала для фотодетекторов. Обычный графен был непригоден для этого из-за быстрой рекомбинации сгенерированных носителей заряда на его поверхности, поэтому ученые модифицировали ее, облучая графен лазером очень короткое время – порядка одной квадриллионной доли секунды. В качестве подложки, на которой проводилась модификация образца, выступил кремний, но, по словам исследователей, заменить его может и гибкий полимер. Это расширяет горизонты возможного использования технологии модификации наноматериалов. В результате эксперимента ученые получили материал с иной структурой энергетических уровней атомов, что обеспечило его высокую чувствительность к воздействию видимого света.
Созданная учеными технология позволяет делать фотодетекторы атомной толщины, которые потребляют мало энергии и не нуждаются в охлаждении. Такие фотодетекторы могут использоваться при создании портативных матриц высокого разрешения, составляющих основу современных фото- и видеокамер. Подобные структуры также можно использовать в новых элементах электроники в качестве компонентов оптических пар – элементов микросхем, сигнал в которых передается с помощью световых, а не электрических импульсов. По словам ученых, применение разработанной технологии перспективно в оптогенетике – исследовании и лечении заболеваний мозга и нервной системы путем введения в ткани оптических волокон. Размещение фотодетектора на конце оптического волокна позволит повысить разрешение и чувствительность методов оптогенетики.
«Работа проведена совместно с учеными из Испании и Германии. Российским ученым, непосредственно участвовавшим в разработке самой технологии, удалось перенять передовой международный опыт как в области создания структур на основе графена, так и в работе на уникальной, в том числе и для Европы, установке высокоскоростной фемтосекундной лазерной литографии. В России установок такого уровня нет», – подводит итог Иван Бобринецкий.
