薄而超快的光電探測器可以看到整個光譜

2020-11-30 騰訊網

藝術家對RMIT大學研究人員創造的光電探測器設備的印象。圖片來源：埃拉·馬魯申科

研究人員已經開發出一種世界上第一臺能夠看到所有陰影的光探測器，該原型裝置可從根本上縮小現代技術的最基本要素之一。

光電探測器通過將光攜帶的信息轉換為電信號來工作，並被廣泛用於從遊戲機到光纖通信，醫學成像和運動探測器的技術中。當前，光電探測器無法在一種設備中感測超過一種顏色。

這意味著它們比與之集成的其他技術（例如矽晶片）更大，更慢。

RMIT大學的研究人員開發的新型超高效寬帶光電探測器比最小的市售光電探測器裝置至少薄1000倍。

在該技術的重大飛躍中，該原型設備還可以看到紫外光和近紅外光之間的所有陰影，這為在同一晶片上集成電氣和光學組件提供了新的機會。

新的可能性

這項突破性技術為改善生物醫學成像打開了大門，促進了對癌症等健康問題的早期發現。

研究主要作者，博士。研究員Vaishnavi Krishnamurthi說，在光電檢測技術中，使材料更薄通常會犧牲性能。

她說：「但我們設法製造出一種設備，該設備具有強大的衝頭，儘管它比納米薄，但比針頭的寬度小一百萬倍。」

除了縮小醫療成像設備外，超薄原型還為更有效的運動檢測器，低光成像和可能更快的光纖通信打開了可能性。

Krishnamurthi說：「生物醫學成像設備中較小的光電探測器可能會導致放射治療過程中更準確地靶向癌細胞。」

與我們今天擁有的大型設備相比，縮減技術還可以幫助提供更小的可攜式醫療成像系統，這些系統可以輕鬆地帶入偏遠地區。」

光電探測器的特寫照片。來源：皇家墨爾本理工大學

照亮光譜

光電探測器的通用性和實用性在很大程度上取決於三個因素：它們的工作速度，對較低水平光的靈敏度以及可以感應到多少光譜。

通常，當工程師嘗試在其中一個領域中提高光電探測器的功能時，其他功能中的至少一項已被削弱。

當前的光電檢測器技術依賴於三到四層的堆疊結構。

想像一下一個三明治，其中有麵包，黃油，奶酪和另一層麵包-不管您擠壓該三明治有多好，它總是四層厚，如果去掉一層，就會影響質量。

RMIT工程學院的研究人員報廢了堆疊模型，並研究了如何在晶片上使用納米厚度的層（厚度僅為一個原子）。

重要的是，他們這樣做不會降低光電探測器的速度，低光靈敏度或光譜的可見性。

該原型設備可以解釋從深紫外線到近紅外波長的光，使其對比人眼更寬的光譜敏感。

它的執行速度比眨眼快一萬倍。

納米薄技術

團隊面臨的主要挑戰是確保縮小光電檢測器時電子和光學性能不會降低，這是以前阻止了光檢測技術小型化的技術瓶頸。

首席研究員Sumeet Walia副教授說，所用的材料，一硫化錫，價格低廉，自然豐富，因此對電子和光電子學具有吸引力。

「該材料允許裝置在低照明條件極其敏感，使得它適合於在寬的低光攝影光譜」，他說。

Walia說，他的團隊正在研究其光電探測器的行業應用，該探測器可與CMOS晶片等現有技術集成。

他說：「隨著進一步的發展，我們可能會考慮在夜間使用安全攝像機進行更有效的運動檢測以及更快，更有效的數據存儲等應用。」

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