Согласно недавнему исследованию, проведённому в Университете Калифорнии в Сан Диего (University of California, San Diego), форма полупроводниковых нанопроволок позволяет им чрезвычайно хорошо улавливать свет, делая возможным создание светодетекторов с однофотонной чувствительностью.

Для детектирования света с помощью нанопроволоки необходимо, чтобы фотоны с достаточной энергией поглощались и возбуждали электронно-дырочные пары. Свидетельством того, что фотон поглотился, является электрический ток, переносимый под действием внешнего напряжения этим электроном. Для этого нужно, чтобы электрон как можно дольше находился в свободном состоянии и не рекомбинировал с дырками.

Рис. 1. Нанопроволока под микроскопом

В новом исследовании показано, что форма нанопроволок, обладающих большой площадью поверхности при малом объёме, позволяет им эффективно «захватывать» дырки. «Оборванные» связи на поверхности нанопроволоки являются ловушками для дырок и таким образом увеличивают время, в течение которого электрон может двигаться по структуре без рекомбинации.

Это, в свою очередь, приводит к увеличению электрического тока в процессе т.н. внутреннего фотопроводящего усиления. При этом, разные типы нанопроволок могут улавливать свет разной длины волны. Например, используя нанопроволоки трёх типов, можно создать детектор, различающий красный, зелёный и синий цвета.

Рис. 2. Схематическое изображение фотопроводящего механизма

Эта работа подтверждает расчёты, проведённые ранее в том же университете Питером Эсбеком (Peter Asbeck). Согласно им, фотопроводимость в нанопроволоках может быть более чем в 10 раз сильнее, чем в обычных полупроводниках. В новой работе удалось добиться детектирования коротких ультрафиолетовых импульсов (продолжительностью в сотни фемтосекунд) с использованием нанопроволоки из оксида цинка (ZnO). Измеренная величина фотоусиления составила 10⁸, что близко к максимальному пределу, достигнутому на сегодняшний день.

Василий Артюхов