Nykyisissä puolijohteisiin perustuvissa valoantureissa iso osa fotoneista jää havaitsematta, koska valoa heijastuu paljon niiden pinnalta. Aalto-yliopistossa on ongelmaan kehitetty ratkaisu uusimmalla nanotekniikalla. Tuloksena syntyi ennätysherkkä valoanturi esimerkiksi lääketieteelliseen kuvantamiseen.
Aalto-yliopiston tutkijat käyttivät anturissa samaa nanorakennetta kuin jokunen aika sitten julkistetut tutkijaryhmän hyötysuhde-ennätykset rikkoneissa aurinkokennoissaan. Professori Hele Savinin johtama tutkimusryhmä hyödynsivät uutta erityistä nanorakennetta valoanturiin.
Paremmille valoantureille löytyy paljon sovellusalueita erityisesti lääketieteellisessä ja turvallisuuteen liittyvässä kuvantamisessa Uudenlainen valoanturi pystyy vangitsemaan jopa 96 prosenttia fotoneista laajalla aallonpituusalueella.
Näkyvän valon lisäksi se havaitsee myös ultravioletti- ja infrapunasäteilyn. Paremmille valoantureille löytyy paljon sovellusalueita erityisesti lääketieteellisessä ja turvallisuuteen liittyvässä kuvantamisessa
Heijastushäviöt johtuvat perinteisten valoantureiden sileästä pinnasta. Ongelmaa on Aalto-yliopiston Hele Savinin mukaan yritetty ratkaista erilaisilla heijastusta estävillä pinnoitteilla, mutta ne toimivat vain tietyillä, kapeilla aallonpituusalueilla.
’’Kehittämämme nanorakenne sen sijaan vangitsee valonsäteet aallonpituudesta tai tulokulmasta riippumatta, jolloin heijastushäviötä ei pääse tapahtumaan. Alhaisesta tulokulmasta on hyötyä erityisesti tuikemateriaalia käyttävissä röntgenantureissa”, Savin selittää.
Toinen tutkimusryhmän parannus liittyy valoanturissa olevan puolijohdeliitoksen valmistamiseen. Valoa keräävä pn-liitos on toteutettu Savinin mukaan lisäämällä puolijohteeseen erityyppisiä seosatomeja, jotka kuitenkin samalla lisäävät anturin sähköisiä häviöitä.
’’Me onnistuimme välttämään tämän luomalla nanorakenteen avulla puolijohteen sisään voimakkaan sähkökentän, joka kerää signaalin tehokkaasti ilman perinteistä pn-liitosta’’, Savin sanoo.
Uuden komponentin toteutus ja prosessointi tehtiin kokonaisuudessaan Aalto-yliopiston OtaNano-keskuksen puhdastiloissa. Hankkeessa mukana ollut ja aiemminkin valoantureita kehittänyt vanhempi tutkija Mikko Juntunen näki uudessa anturissa myös kaupallista potentiaalia.
”Kvanttihyötysuhteessa, eli siinä, kuinka suuren osan fotoneista saamme talteen, valoanturimme on selkeästi parhaiden kaupallisten kilpailijoiden yläpuolella.” Juntunen kertoo tyytyväisenä.
Tutkijaryhmä etsii myös jatkuvasti käyttökohteita keksinnölleen erityisesti haastavista ultravioletti- ja infrapuna-alueen sovelluksista. Valoanturin rakenteelle on haettu patenttia, ja sen kaupallistamiseen on saatu Tekesin Tutkimuksesta uutta liiketoimintaa -rahoitusta.
Tutkimustulokset julkaistiin 14.11.2016 Nature Photonics -tiedejulkaisussa (LINKKI).
Kuva: Uuden valoanturin rakenne ja suorituskyky eri aallonpituuksilla.
Uusimmat teknologiauutiset kätevästi uutiskirjeessä – kerran viikossa. (LINKKI)
LUE – UUTTA – LUE – UUTTA – LUE – UUTTA
Uusi ammattilehti huipputekniikan kehittäjille – Lue ilmaiseksi verkosta!
http://issuu.com/uusiteknologia.fi/docs/1_2016?e=19307983/35580639