Створено новий графеновий фототранзистор з покриттям з хлорофілу

Група дослідників з Тайваню створила новий графеновий фототранзистор з покриттям з хлорофілу, що забезпечує більшу чутливість пристрою до світла, ніж у попередніх розробок (на основі чистого графену). Вчені вважають, що їх пристрій в майбутньому може стати основою графенових датчиків світла. Однак деякі експерти в даній області налаштовані по відношенню до новинки скептично.

Графен являє собою одноатомний шар вуглецю, що утворює гексагональну кристалічну решітку. За рахунок такої структури, графен володіє чудовими оптичними та електронними властивостями, що робить його потенційно корисним для таких пристроїв, як фотодетектори або сонячні елементи.

Графен поглинає фотони в широкому діапазоні частот, а його здатність проводити електрони зі швидкістю, близькою до релятивістської, означає, що фотоприймачі, побудовані на основі даного матеріалу, можуть мати вкрай низький час відгуку.

Тим не менш, перед виробниками подібних пристроїв коштує одна важлива проблема: графен в чистому вигляді має дуже низьку чутливість до світла. Лише 2,7% фотонів у результаті зіткнення з атомами в графені утворюють пару електрон-дірка, які потім можуть бути зафіксовані.

Щоб вирішити цю проблему ведеться пошук гібридних пристроїв, побудованих на основі графена, покритого іншими матеріалами (поглинає світло більш ефективно). У 2011 році дослідники з Manchester University і Cambridge University (Великобританія) показали, що

покриття плазмонными наноструктурами (плівками з металу, володіють особливою структурою) може призвести до збільшення частки поглиненого світла майже до 50%.

Через рік їх колеги з Institute of Photonic Sciences (Іспанія) досягли ще більшої чутливості за рахунок застосування квантових точок (правда, «заплатити» за цю чутливість довелося незначною втратою швидкості носіїв в матеріалі).

Тепер дослідники з Academia Sinica і National Taiwan University (Тайвань) представляють наступний крок у цьому напрямку: вони створили просте, але ефективне пристрій за допомогою покриття з хлорофілу. Цей дешевий і нетоксичний матеріал видобувається з рослин, в яких він грає важливу роль в перетворенні сонячного світла в хімічну енергію.

Пристрій, представлене науковою групою, побудовано за принципом польового транзистора. З двох сторін чистого листа графена закріплені два золотих електрода, що виконують функції витоку і стоку. На поверхні пристрою розміщується крапля хлорофілу, розчиненого в ефірі. Цей розчинник швидко випаровується, залишаючи на графені тонку плівку чистого хлорофілу. З протилежного боку від цієї плівки пристрій доповнюється шаром легованого кремнію, що дозволяє створити затвор польового транзистора.

Очевидно, що з допомогою прикладання зовнішньої напруги (потрібної полярності) до затвору, графен може бути зроблений N – або P-легованим. Коли фотон потрапляє в хлорофіл, він створює пару електрон-дірка, причому, як вважають вчені, електрони залишаються в хлорофілі, а дірки переходять в графен. Якщо при цьому графен був N-легований, дірка рекомбинирует з одним з вільних електронів, що зменшує кількість носіїв заряду, тобто знижує провідність пристрою. У зворотній ситуації (якщо графен P-легований), дірки збільшують провідність. Сам по собі графен майже не чинить опору потоку носіїв заряду, тому додавання або видалення невеликої кількості зарядів істотно впливає на електричний струм, який може протікати між витоком і стоком.

За словами дослідників, ця особливість забезпечує фототранзистору небувалу чутливість до світла.

Як вважає наукова група, їх робота демонструє перспективи використання біоматеріалів для графенової фотоніки. Поки, правда, запропонованих пристроїв ще далеко до комерційного використання, оскільки задіяний метод виробництва «пластівців» графену (методом відшаровування) занадто трудомісткий.

Теоретично графен може бути зроблений і іншими методами (комерційно-доступними), але в цьому випадку, як показує практика, він буде мати низьку рухливість електронів, тобто підсумкова чутливість пристрою до світла буде нижче. В цих умовах з розробкою цілком можуть конкурувати попередні пропозиції на основі квантових точок.

Джерела:
nanotechweb.org
sci-lib.com

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *