Американские учёные создали работающий при комнатной температуре ИК- фотоприёмник на основе квантовых точек.

В матричных фотоприёмниках большого формата уже давно и весьма успешно используют многослойные структуры с квантовыми ямами (о квантовых ямах см. в этой статье ) в системе AlGaAs/GaAs, выращенные методом молекулярно-лучевой или МОС-гидридной эпитаксии. Высочайший технологический уровень обеих технологий позволяет сегодня создавать на одном чипе ~ 10⁶ фоточувствительных элементов с минимальным разбросом характеристик, что важно для формирования высококачественных ИК-изображений. Казалось бы, всё хорошо, но рабочая температура таких устройств не сильно отличается от 77 К, а это – слишком холодно, т.е., хлопотно и дорого, и – что самое неприятное – резко сужает круг возможных потребителей-покупателей.

Рис.1. Cхематическая зонная диаграмма (дно зоны проводимости) детектора на основе квантовых точек.

При более высоких температурах темновой ток просто "забивает" полезный фотосигнал. Кроме того, приёмники на основе квантовых ям имеют ряд других недостатков (при нормальном падении света электроны не поглощают ИК-фотоны). Если заменить квантовую яму слоем квантовых точек, проблема с нормальным падением исчезает, да и живут "закинутые" на возбуждённый уровень электроны в квантовых точках дольше, чем в квантовых ямах (в последних быстрее электрон быстрее "сваливается" вниз за счёт испускания фононов). Поэтому многослойные структуры с квантовыми точками уже лет 6-7 являются предметом пристального внимания и стахановских усилий всех, занимается ИК- фотоприёмниками, включая US Army, Navy, Air Force, NASA. Эти организации щедро финансируют разработки фотоприёмников, не требующих для работы жидкого азота.

И вот недавно группа американских физиков из университетов Мичигана и Джорджии продемонстрировала возможность создания такого приёмника. Для этого сбоку (допустим, справа, если под действием приложенного смещения электроны должны лететь направо) от каждого слоя квантовых точек (из InGaAs) сделать двухбарьерную структуру (из AlGaAs/GaAs/AlGaAs) в качестве резонансно- туннельного фильтра (см. рис.1), который селективно превращает фотовозбуждённые электроны в полезный сигнал, отсекая а тепловые электроны. Если, плюс к тому, слева от слоя квантовых точек сформировать туннельно-непрозрачный барьер из AlGaAs (т.е. поместить слой квантовых точек внутрь квантовой ямы с "глухим" барьером слева и резонансным "фильтром" справа), то можно даже осуществить тонкую подстройку фотоотклика для нужной длины волны. При этом фотоприёмник становится ещё и двухцветным за счёт квантово-механического расщепления основного уровня в туннельно-связанных квантовых ямах.

Рис.2. Cхема выращенной на подложке из GaAs детекторной структуры на основе квантовых точек.

Такой нетривиальный квантовый дизайн был успешно реализован, в результате чего был создан возник двухцветный (6 и 17мкм) ИК-фотоприёмник на основе многослойной структуры с квантовыми точками (рис.2), способный работать при комнатной температуре (ибо темновые токи уменьшились в 100 раз!). Его вольт-ваттная чувствительность (на длине волны 17 мкм) при 300 К составила 0.16 А/Вт при напряжении смещения 2 В, а максимальная удельная обнаружительная способность оказалась равной 1.5 х 10⁷ см Гц^1/2 /Вт (температура 280 К, смещение 1 В).

Источник информации - заметка С.Чикичева в бюллетене ПерсТ, выпуск 11 за 2005 г.