Фотодиоды — это широко используемые устройства на основе полупроводниковых материалов, которые преобразуют свет в электрический ток. Эти устройства являются основными компонентами различных современных технологий, в том числе фотоэлектрических (PV) и некоторых сенсорных, визуализирующих, измерительных и коммуникационных систем. В последние годы инженеры пытаются разработать новые стратегии проектирования, которые могли бы ещё больше повысить производительность фотодиодов и эффективность преобразования ими света в электричество. Один из предложенных подходов предполагает их изготовление с использованием двумерных (2D) полупроводников, толщина которых составляет всего несколько атомных слоёв и которые обладают полезными свойствами.
Несмотря на свой потенциал, многие фотодиоды на основе двумерных полупроводников, созданные на сегодняшний день, работают не так хорошо, как ожидалось. Во многом это связано с явлением, и звестным как фиксация уровня Ферми, которое подразумевает фиксацию энергетического уровня на границе раздела между металлом и полупроводником.
Исследователи из Корейского института науки и технологий (KIST), Корейского университета, Университета Ёнсе и других институтов Южной Кореи разработали и изготовили новые межслойные контакты с проводящими мостиками, которые могут способствовать улучшению переноса заряда в двумерных фотодиодах. Их статья, опубликованная в Nature Electronics, может открыть новые возможности для дальнейшего развития оптоэлектронных устройств.
Фотодиоды на основе двумерных полупроводников могут быть полезны при разработке оптоэлектронных устройств, но их эффективность ограничена сильным закреплением уровня Ферми на контактах металл-полупроводник.
Джису Джанг, Чон Пё Хонг и их коллеги в своей статье
Ученые отметили, что типичные контакты металл-прослойка-полупроводник могут решить эту проблему, но также могут привести к увеличению последовательного сопротивления. Мы сообщаем о межслойном контакте с проводящим мостиком, который обеспечивает как отщепление уровня Ферми, так и низкое сопротивление. Проводящий мостовой межслойный контакт, разработанный Чангом, Хонгом и их коллегами, по сути представляет собой тонкий изолирующий слой, который отделяет металл внутри фотодиода от двумерного полупроводника. Этот тонкий межслойный материал состоит из оксида с вкраплёнными в него нанокластерами золота (то есть крошечными проводящими частицами).
Мы создаём оксидный промежуточный слой, который разделяет металл и полупроводник, а встроенные золотые нанокластеры в промежуточный слой действуют как проводящие пути, которые способствуют эффективному переносу заряда.
Джису Джанг, Чон Пё Хонг и их коллеги в своей статье
Специалисты пояснили, что с помощью этих контактов они изготовали фотодиод из дисульфида вольфрама (WS2) с фоточувствительностью 0,29 А Вт−1, линейным динамическим диапазоном 122 дБ и эффективностью преобразования энергии 9,9%".
В рамках своего недавнего исследования учёные интегрировали разработанные ими проводящие мостовые межслойные контакты в фотодиод на основе WS2. Они обнаружили, что этот межслойный контакт эффективно снижает нежелательные электронные взаимодействия, такие как привязка к уровню Ферми, тем самым повышая эффективность преобразования энергии фотодиодом.
Наш подход также обеспечивает платформу для изучения динамики фотоносителей, и мы обнаружили, что контактная рекомбинация существенно влияет на производительность фотоэлементов.
Джису Джанг, Чон Пё Хонг и их коллеги в своей статье
Исследование продемонстрировало потенциал использования фотодиодов с такими межслойными контактами в качестве полноцветных двух- и трёхмерных imagers". В будущем новые межслойные контакты с проводящими мостиками, разработанные этой группой исследователей, можно будет интегрировать и протестировать в других оптоэлектронных устройствах на основе двумерных полупроводников. В конечном итоге они могут способствовать развитию широкого спектра технологий, включая системы связи, визуализации и датчики.
"Умный - это сексуальный": эволюция интеллекта, частично обусловленная любовью.
Фото и видео: Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01339-9
Обсуждение ( 0 ) Посмотреть все