En la electrónica cada vez más potente de hoy en día, los materiales pequeños son imprescindibles ya que los fabricantes buscan aumentar el rendimiento sin agregar volumen.
Más pequeño también es mejor para dispositivos optoelectrónicos, como sensores de cámara o células solares, que recogen la luz y la convierten en energía eléctrica. Piense, por ejemplo, en reducir el tamaño y el peso de una serie de paneles solares, produciendo una mayorfoto de calidad en condiciones de poca luz, o incluso transmitiendo datos más rápidamente.
Sin embargo, se han interpuesto dos desafíos importantes: en primer lugar, la reducción del tamaño de los materiales de película delgada "amorfa" convencionalmente usados también reduce su calidad. Y en segundo lugar, cuando los materiales ultrafinos se vuelven demasiado delgados, se vuelven casi transparentes y en realidad pierdenalguna habilidad para reunir o absorber la luz.
Ahora, en un fotodetector a nanoescala que combina un método de fabricación único y estructuras de captura de luz, un equipo de ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad de Buffalo ha superado ambos obstáculos.
Los investigadores - los profesores de ingeniería eléctrica Zhenqiang Jack Ma y Zongfu Yu en UW-Madison y Qiaoqiang Gan en UB - describieron su dispositivo, un fotodetector de nano-membrana de germanio monocristalino en un sustrato de nano-cavidad en la revista Avances científicos .
"La idea, básicamente, es que desee usar un material muy delgado para realizar la misma función de los dispositivos en los que necesita usar un material muy grueso", dice Ma.
El dispositivo consta de nanocavidades encajonadas entre una capa superior de germanio ultrafino monocristalino y una capa reflectante de plata.
"Debido a las nanocavidades, los fotones se 'reciclan', por lo que la absorción de luz aumenta sustancialmente, incluso en capas muy delgadas de material", dice Ma.
Las nanocavidades están formadas por una serie ordenada de pequeñas moléculas interconectadas que esencialmente reflejan o hacen circular la luz. Gan ya ha demostrado que sus estructuras de nanocavidades aumentan la cantidad de luz que los materiales semiconductores delgados como el germanio pueden absorber.
Sin embargo, la mayoría de las películas delgadas de germanio comienzan como germanio en su forma amorfa, lo que significa que la disposición atómica del material carece del orden regular y repetitivo de un cristal. Eso también significa que su calidad no es suficiente para aplicaciones optoelectrónicas cada vez más pequeñas.
Ahí es donde entra en juego la experiencia de Ma. Experto mundial en dispositivos semiconductores de nano-membrana, Ma utilizó una tecnología revolucionaria de transferencia de membrana que le permite integrar fácilmente materiales semiconductores cristalinos individuales en un sustrato.
El resultado es un fotodetector muy delgado, pero muy efectivo, que absorbe la luz, un componente básico para el futuro de la optoelectrónica.
"Es una tecnología habilitadora que le permite observar una amplia variedad de optoelectrónica que puede ir incluso a huellas más pequeñas, tamaños más pequeños", dice Yu, quien realizó un análisis computacional de los detectores.
Si bien los investigadores demostraron su avance utilizando un semiconductor de germanio, también pueden aplicar su método a otros semiconductores.
"Y lo que es más importante, al ajustar la nanocavidad, podemos controlar qué longitud de onda realmente absorbemos", dice Gan. "Esto abrirá el camino para desarrollar muchos dispositivos optoelectrónicos diferentes".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Renee Meiller. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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