Новости

22 января, 2025 16:57

Нанорешетки сделали кремний чувствительным к поляризации света

Источник: Наука.рф
Приморские ученые предложили простую, дешевую и легко масштабируемую технологию производства кремниевых фотодетекторов, чувствительных к поляризации света. Обычный кремний не «чувствует», поляризован ли свет, но благодаря наноразмерным решеткам, напечатанным на поверхности с помощью лазера, материал получил необходимую восприимчивость.  Чувствительные к поляризации кремниевые фотодетекторы могут использоваться в медицинских приборах для визуализации живых тканей, а также для шифрования информации с помощью световых импульсов. 
Слева — обычный кремниевый фотодетектор (ФД-К-155); справа — разработанный авторами фотодетектор с напечатанной нанорешеткой, позволяющей чувствовать поляризацию падающего на него света. Источник: Александр Шевлягин

Кремний лежит в основе всей современной электроники, в том числе оптоэлектронных устройств — приборов, передающих, обрабатывающих и хранящих информацию с помощью света. Однако этот материал не способен различать, поляризован ли свет. Поляризация — это характеристика, которая отражает, как векторы (направления распространения) электрического и магнитного полей световой волны ориентированы в пространстве. Для примера, свет обычной лампы накаливания не поляризован, поскольку в этом случае векторы полей направлены во все стороны, но, если пропустить его через особую линзу — поляризатор, — от света «отсечется» часть разнонаправленных векторов. Эффект поляризации в фотографии позволяет избежать солнечных бликов, кроме того, он используется в устройствах для визуализации живых тканей, астрономических наблюдений и даже кодирования сигналов и шифрования с помощью света.

Для создания таких устройств на основе кремния нужно, чтобы материал стал чувствительным к поляризации, то есть смог «отличать» поляризованный свет от неполяризованного. Для этого с ограниченным успехом используют либо дорогие полупроводниковые материалы, либо дорогие методы литографии — избирательного создания на поверхности кремния чувствительных областей с помощью фотошаблонов.

Ученые из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (Владивосток) разработали простую и масштабируемую технологию для создания кремниевых устройств нового поколения, чувствительных к поляризованному свету, сообщила пресс-служба Российского научного фонда.

Исследователи использовали в качестве заготовок для фотодетекторов коммерчески доступные кремниевые пластины. На их поверхности авторы лазером «напечатали» оптически неоднородные наноразмерные решетки, которые по-разному взаимодействовали со светом, а потому сделали материал чувствительным к поляризации.

Физики протестировали полученные фотодетекторы, направляя на них свет разных длин волн (500–1600 нанометров, то есть зеленый, желтый, оранжевый, красный и инфракрасный), а также поляризации (поляризованный или нет). Эксперимент показал, что кремниевые фотодетекторы различают 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 использовать в медицине для исследования живых тканей и препаратов, а также в составе более сложных высокоточных оптоэлектронных устройств.

По словам ученых, такая технология может использоваться для обработки материалов с большой площадью и не требует дорогостоящего оборудования и токсичных химикатов, что упрощает ее внедрение в производство.

«Предложенную технологию можно использовать при создании высококонтрастных фотодетекторов для работы с медицинскими и биологическими препаратами и тканями. Также с помощью подхода можно адаптировать обычный кремниевый фотодетектор для работы в оптоволоконных линиях связи, которые обеспечивают интернет-соединение. Поскольку в основе разработки лежит кремниевая технология — хорошо известная и одна из самых «зрелых», — это значительно удешевит ее внедрение в практику и масштабирование. Наконец, разработанные фотодетекторы можно использовать в линиях передачи зашифрованной информации, поскольку поляризация света может служить дополнительным способом шифрования», — рассказала участник проекта Юлия Бородаенко, первый автор работы, младший научный сотрудник лаборатории синхротронных методов изучения свойств новых функциональных наноматериалов оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.
«В дальнейшем мы планируем оптимизировать параметры лазерной печати, чтобы еще больше повысить скорость формирования “рисунка” в соответствии с практическими требованиями и адаптировать эту технологию для работы с другими полупроводниковыми материалами, применяемыми в оптоэлектронике, например, с германием», — отметил участник проекта Александр Шевлягин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории синхротронных методов изучения свойств новых функциональных наноматериалов оптоэлектроники, нанофотоники и тераностики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ. 

29 января, 2025
Физики доказали эффективность автоматической системы управления плотностью плазмы на российском токамаке
Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали систему упра...
23 января, 2025
Создан сверхстойкий материал для атомной и аэрокосмической отрасли
Ученые Университета МИСИС представили новый керамический материал с высокой прочностью и максим...