Международному коллективу исследователей из Университета Лобачевского, Indian Institute of Technology Jodhpur и Indian Institute of Technology Ropar удалось создать узкополосный фотоприемник ультрафиолетового (УФ) излучения на основе нанокристаллов оксида индия, внедренных в тонкую пленку оксида алюминия.
Полупроводниковые квантовые точки — нанокристаллы — с размерами всего несколько нанометров привлекают внимание исследователей благодаря размерным эффектам, от которых зависят их электрические и оптические свойства. Изменение размера таких объектов дает возможность подстройки длины волны поглощаемого ими излучения для реализации селективных фотоприемников, в том числе и УФ-излучения.
Узкополосные УФ-фотоприемники находят применение во многих сферах, в частности в биомедицине: для флуоресцентного детектирования или УФ-фототерапии. В качестве основного материала при изготовлении таких фотоприемников используют в основном широкозонные оксиды и нитриды, которые обеспечивают меньший размер, больший диапазон рабочих температур и прозрачность для видимого и солнечного излучения.
Оксид индия (In2O3) представляет собой прозрачный широкозонный полупроводниковый оксид с прямой запрещенной зоной около 3,6 эВ и непрямой запрещенной зоной ~ 2,5 эВ. Широко известно о возможности создания высокочувствительных УФ-фотодетекторов на основе In2O3.
По словам одного из исследователей, заведующего лабораторией НИФТИ ННГУ Алексея Михайлова, нижегородским ученым совместно с индийскими коллегами удалось синтезировать нанокристаллы In2O3 в пленке оксида алюминия (Al2O3) на кремнии с помощью имплантации ионов индия.
Метод ионной имплантации является базовым в современной электронной технологии и дает возможность контролировать размер нановключений, что позволяет перестраивать оптические свойства фотодетектора. Использованная для нанокристаллов оксида индия матрица Al2O3 выгодно отличается от других диэлектриков тем, что этот широкозонный материал (8,9 эВ) прозрачен для широкого спектра длин волн.
«В процессе работы удалось добиться существенного уменьшения темнового тока (более чем в два раза по сравнению с подобным фотодетектором на основе нанопроволок In2O3). За счет встраивания фазы In2O3 в широкозонную матрицу и низкого темнового тока, сконструированный фотодетектор обладает рекордными значениями интегральной чувствительности (responsivity) и внешней квантовой эффективности», — отмечает Алексей Михайлов.
Полоса чувствительности к УФ-излучению имеет ширину всего 60 нм и характеризуется высоким значением коэффициента подавления (rejection ratio) до 8400 по отношению к видимому диапазону. Разработанное устройство перспективно для ряда практических применений, в том числе в узкополосных спектрально-селективных фотоприемниках, а конструкция устройства на основе ионно-синтезированных нанокристаллов обеспечивает новый подход к реализации фотодетекторов, прозрачных в видимой области спектра.
