Сверхчувствительный графеновый инфракрасный датчик позволяет обойтись без усилителя сигнала

14.02.2017 21:44:04

Источник: IEEE Spectrum

Международная группа ученых, работающая в рамках проекта Европейского Союза под названием "Graphene Flagship", разработала и изготовила опытные образцы неохлаждаемых инфракрасных фотодетекторов на основе графена. Новый датчик, который относится к классу болометров, настолько чувствителен, что он может "почувствовать" инфракрасное излучение, мощность которого составляет единицы нановатт, что приблизительно в тысячу раз меньше мощности излучения от руки человека, помещенный над поверхностью датчика.

Конструкция нового датчика на удивление проста. В качестве основания используется слой специального пироэлектрического материала, на поверхности которого проложен токопроводящий канал из одного слоя графена. И выше графенового канала размещен "плавающий" управляющий электрод, затвор.

Падающее на поверхность датчика инфракрасное излучение нагревает датчик, изменение температуры вызывает появление электрического поля между пироэлектрическим материалом и затвором. Это электрическое поле, в свою очередь, приводит к изменению электрического сопротивления графенового канала, что и является измеряемой величиной. Новый датчик отличается от других болометрических датчиков в выгодную сторону тем, что в нем не требуется использования встроенных усилителей, повышающих уровень электрического поля, выработанного пироэлектрическим материалом.

Отменные электрические характеристики нового датчика и его высочайшая чувствительность были получены за счет использования некоторых уникальных свойств графена. Этот материал имеет очень высокую электрическую проводимость, как металл, однако, на его проводимость оказывает влияние полевой эффект, как у полупроводниковых материалов. А высокая подвижность электронов в графене обеспечивает крайне низкий уровень собственных шумов и высокую разрешающую способность.

В настоящее время исследователям еще требуется провести ряд доработок конструкции нового датчика и решить несколько достаточно сложных проблем. Но после этого перед данной технологией откроются очень широкие перспективы. Новые датчики могут быть использованы в системах безопасности, в инфракрасных камерах, способных работать на очень малом количестве фотонов в узком спектральном диапазоне, в спектральных анализаторах, используемых для обнаружения взрывчатых веществ, утечек опасных веществ в окружающую среду и многого другого.

Подробнее: http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/...