МОСКВА, 19 окт – РИА Новости. Ученые из Московского физтеха, Китая и Саудовской Аравии обнаружили, что качество работы цифровых камер в смартфонах и световых сенсоров в научных приборах можно улучшить, обработав их ультрафиолетом, говорится в статье, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials.
"Фотодетекторы, способные "чувствовать" излучение в широком диапазоне, очень востребованы, но создавать их сложно: трудно подобрать материалы, поскольку вещества, прозрачные для ультрафиолета, как правило, непрозрачны в инфракрасном свете и наоборот. Мы нашли быстрый, дешевый и эффективный способ "расширить" диапазон чувствительности фотодетекторов", — рассказывает Вадим Агафонов, руководитель Центра молекулярной электроники МФТИ.
Агафонов и ученые из МФТИ, а также Института прикладной химии в Чанчуне (Китай) и Университета короля Сауда (Саудовская Аравия) пришли к такому выводу, изучая так называемые полимерные фотодетекторы, недавно созданная дешевая альтернатива обычным полупроводниковым фотодатчикам.
Эти детекторы, как объясняют ученые, работают благодаря внутреннему фотоэффекту: при появлении света электроны внутри полимера перераспределяются, в результате чего он приобретает способность проводить ток.
Как показали эксперименты Агафонова и его коллег, ультрафиолетовое излучение, если облучать им поверхность некоторых элементов таких полимерных фотодетекторов, заметно меняет то, как подобные фотодатчики взаимодействуют со светом. К примеру, всего 30 секунд их облучения при помощи ультрафиолета делает подобные фотодетекторы почти в пять тысяч раз более чувствительными к действию любых форм света на них.
В результате спектральный диапазон прибора резко увеличился, а максимальная внешняя квантовая эффективность, отношение числа "выбитых" электронов к числу падающих фотонов, возросла от 30 % до 140 000 %. То есть, если до облучения ультрафиолетом 10 фотонов порождали три электрона, то после то же количество фотонов создавало 14 тысяч электронов. Неприятным побочным эффектом от этого стало то, что вместе с чувствительностью фотодатчиков вырос и уровень шума — ток, который детектор генерирует даже в полной темноте.
Когда ученые начали разбираться с тем, что на самом деле происходит внутри детекторов, они поняли, что "волшебные" свойства ультрафиолета связаны с очень простым химическим процессом – по сути, излучение "очищает" детектор от молекул атомов кислорода, которые проникли внутрь него во время изготовления фотодатчика и соединились с его основным веществом, оксидом цинка, превращая его из полупроводника в препятствие для движения электронов.
Как пишут авторы статьи, постоянно облучать датчики не нужно – достаточно при сборке один раз облучить его ультрафиолетом, чтобы он превратился в широкополосный светодатчик. Новые свойства фотодетектора будут сохраняться, поскольку слой оксида цинка закрыт слоем алюминия, защищающим его от кислорода.
Агафонов и его коллеги надеются, что им удастся устранить негативные побочные эффекты, в том числе высокую "шумность" полимерных фотодетекторов, немного изменив их конструкцию. Если это удастся сделать, то такие "облученные" фотодетекторы могут найти множество применений: от камер в составе смартфонов и других устройств для получения изображений и до измерения состава атмосферы при помощи спутников и наземных научных приборов.
