Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen infrapunafotodiodin, joka on muun muassa 35 prosenttia herkempi muihin germaniumkomponentteihin verrattuna esimerkiksi tietoliikenneaallonpituudella (1.55 µm). Uuden teknologian uskotaan olevan integroitavissa esimerkiksi itseohjautuviin autoihin.
Uusi aiempaa herkempi infrapunasensori tuo autosovellusten lisäksi tulevaisuudessa hyötyjä moniin muihinkin sovelluksiin kaukosäätimistä ja automaattitarkennusjärjestelmistä virtuaalilaseihin.
Tutkijoiden kehittämän teknologian perusideana on valmistaa fotodiodit perinteisen indiumgalliumarsenidi- eli InGaAs-puolijohteen sijaan germaniumista.
Ne ovat paitsi edullisempia, myös tutkijoiden mukaan täysin yhteensopivia nykyisessä elektroniikassa hyödynnettyjen puolijohteiden valmistusprosessin kanssa.
Germaniumin suorituskykyä on pidetty heikkona. ”Meillä meni lopulta kahdeksan vuotta ideasta toimivuuden todistamiseen käytännössä”, kommentoi Aalto-yliopiston professori Hele Savin tuoretta tutkimustulosta. Hänen tutkimusryhmineen onnistuit valmistamaan germaniumfotodiodeja, jotka pystyvät hyödyntämään lähes kaiken niiden pinnalle osuvan infrapunavalon.
”Suorituskyky saavutettiin yhdistämällä useita uusia lähestymistapoja: optiset häviöt poistettiin käyttämällä pintananorakenteita, sähköiset häviöt taas minimoitiin kahdella eri tavalla”, selittää Aallon väitöskirjatutkija Hanchen Liu, joka valmisti ennätysherkän ilmaisimen.
Tutkijaryhmän kokeet osoittivat, että heidän fotodiodinsa ylitti paitsi nykyisten germaniumfotodiodien suorituskyvyn, Myös kaupallisten InGaAs-fotodiodien herkkyyden.
Uusi teknologia havaitsee infrapunafotonit erittäin tehokkaasti ja toimii hyvin laajalla aallonpituusalueella. Uudet fotodiodit voidaan valmistaa helposti nykyisillä tuotantolaitteilla, ja uskovat niiden olevan suoraan integroitavissa moniin eri laitteisiin. “Ajoitus ei voisi olla parempi. Nykypäivänä niin monet alat hyödyntävät infrapunasäteilyä, että kyseinen teknologia on jo osa jokapäiväistä elämäämme”, professori Savin sanoo.
Lisää: Tutkimus on julkaistu Naturen Light: Science & Applications -tiedelehdessä 1.1.2025 (LINKKI).
Kuvat: Xiaolong Liu/Aalto-yliopisto