LiDAR-demoinstallation vid University of Toronto. Femtosekunds pulsat ljus färdas till den rörliga spegeln och riktas och fokuseras sedan på PbSn perovskitfotodetektorn. Kredit:Najarian et al.
Forskare vid University of Toronto och Barcelona Institute of Science and Technology har nyligen skapat nya lösningsbehandlade perovskitfotodetektorer som uppvisar anmärkningsvärd effektivitet och svarstider. Dessa fotodetektorer, introducerade i en artikel publicerad i Nature Electronics , har en unik design som förhindrar bildandet av defekter mellan dess olika lager.
"Det finns ett växande intresse för 3D-avståndsavbildning för autonom körning och konsumentelektronik," sa Edward H. Sargent till TechXplore. "Vi har arbetat som ett team i flera år med att hitta nya material som möjliggör ljusavkänningsteknologier som nästa generations bildsensorer och strävat efter att ta dessa i en riktning som kan ha en kommersiell och samhällelig påverkan."
Fotodetektorer, avkänningsenheter som detekterar eller reagerar på ljus, kan ha många mycket värdefulla tillämpningar. De kan till exempel integreras i robotsystem, autonoma fordon, konsumentelektronik, miljöavkänningsteknik, fiberoptiska kommunikationssystem och säkerhetssystem.
"I dessa applikationer krävs snabb fotodetektion i våglängdsområden bortom människans syn", sa Amin Morteza Najarian. "Kisel, det äldre tillvägagångssättet - och idealiskt för elektronisk avläsning - förenar inte i sig hög effektivitet med hög hastighet, som ett resultat av dess indirekta bandgap, en egenskap hos kiselbandstrukturen som ger svag absorption (därav ett behov av tjocka kisel) i det nära infraröda."
Arbetsprincip för ljusdetektion och avstånd:LiDAR mäter den tid det tar att förflytta sig till ett föremål och sprida tillbaka in i detektorn. Det är ljusets hastighet som används för att översätta den tidsmässiga informationen till den rumsliga informationen. Kredit:Najarian et al.
I en serie inledande beräkningsstudier identifierade Sargent och hans team en binär perovskit med en hög bärarmobilitet och en hög absorptionskoefficient som kunde konkurrera med för närvarande använda material när det gäller både effektivitet och hastighet. Fotodetektorn som introducerades i deras senaste papper är baserad på detta nyligen identifierade, aktiva material.
"När ljus absorberas av det aktiva perovskitskiktet, extraheras de fotogenererade elektronerna och hålen genom elektron- och håltransportskikt", säger medförfattaren Maral Vafaie. "För att uppnå snabba svarstider måste dessa laddningsbärare röra sig snabbt över enheterna, inklusive transportskikten. Nickeloxid (NiOx ) kännetecknas av hög kristallinitet och rörlighet, vilket gör den till ett idealiskt alternativ för håltransportlager (HTL)."
När de först började testa sina enheter fann forskarna att det fanns en kemisk inkompatibilitet mellan den etablerade antioxidationsstrategin för PbSn-perovskiter och NiOx lager. De utarbetade därför en metod för att ta bort syre från enheten, omvandla oönskade tennarter och säkerställa att inga skadliga rester lämnas kvar.
I inledande utvärderingar uppnådde fotodetektorerna skapade av Sargent, Najarian, Vafaie och deras kollegor mycket lovande resultat, både när det gäller kvanteffektivitet och svarstider. Teamet visade också att deras enheter kan lösa submillimeteravstånd med en typisk 50 µm standardavvikelse.
U of T-student och postdoc (Maral och Amin) som tillverkar PbSn-perovskiter för LiDAR. Kredit:Najarian et al.
"Vi visade att fotodetektorer tillverkade med binära perovskiter omvandlar nära infrarött ljus till elektrisk signal med effektivitet bättre än 85% med en svarstid snabbare än en bråkdel av nanosekund," sa Sargent och Morteza Najarian. "Detta är en 100 gångers förbättring jämfört med tidigare rapporterade lösningsbearbetade fotodetektorer. Vi visar upp dessa prestandamått i rumslig upplösning av submillimeteravstånd, d.v.s. tillhandahåller djupupplösning."
I framtiden kan de nya lösningsbehandlade perovskitfotodetektorerna skapade av Sargent, Morteza Najarian och deras kollegor visa sig vara värdefulla för att skapa LiDAR-teknik (dvs. verktyg för att bestämma variabla avstånd mellan objekt) och sensorer för autonoma fordon eller robotar. Under tiden planerar forskarna att fortsätta leta efter fördelaktiga material och designa nya komponenter för avkänningsteknik.
"I långdistansljusdetektering och avstånd (LiDAR) applikationer når bara en liten del av det spridda ljuset från objekten fotodetektorn," tillade Sargent och Morteza Najarian. "Om man skiftar belysning, och avkänning, till det kortvågiga infraröda området (t.ex. 1550 nm), blir en högre effekt av belysande ljus möjlig utan att orsaka ögonsäkerhetsproblem. Vi arbetar med nästa generations III-V-halvledare med detta i åtanke." + Utforska vidare
© 2022 Science X Network
