Configuration de démonstration LiDAR à l'Université de Toronto. La lumière pulsée femtoseconde se déplace vers le miroir mobile, puis est dirigée et focalisée sur le photodétecteur à pérovskite PbSn. Crédit :Najarian et al.
Des chercheurs de l'Université de Toronto et de l'Institut des sciences et technologies de Barcelone ont récemment créé de nouveaux photodétecteurs à pérovskite traités en solution qui présentent des efficacités et des temps de réponse remarquables. Ces photodétecteurs, présentés dans un article publié dans Nature Electronics , ont une conception unique qui empêche la formation de défauts entre ses différentes couches.
"Il y a un intérêt croissant pour l'imagerie de gamme 3D pour la conduite autonome et l'électronique grand public", a déclaré Edward H. Sargent à TechXplore. "Nous avons travaillé en équipe pendant des années pour trouver de nouveaux matériaux qui permettent les technologies de détection de la lumière telles que les capteurs d'image de nouvelle génération et nous nous efforçons de les orienter dans une direction qui pourrait avoir un impact commercial et sociétal."
Les photodétecteurs, dispositifs de détection qui détectent ou réagissent à la lumière, peuvent avoir de nombreuses applications très précieuses. Par exemple, ils peuvent être intégrés dans des systèmes robotiques, des véhicules autonomes, des appareils électroniques grand public, des technologies de détection environnementale, des systèmes de communication par fibre optique et des systèmes de sécurité.
"Dans ces applications, une photodétection rapide est nécessaire dans des gammes de longueurs d'onde au-delà de la vision humaine", a déclaré Amin Morteza Najarian. "Le silicium, l'approche héritée - et idéale pour la lecture électronique - n'associe pas à elle seule une efficacité élevée à une vitesse élevée, en raison de sa bande interdite indirecte, une propriété de la structure de bande du silicium qui produit une faible absorption (d'où un besoin d'épaisseur silicium) dans le proche infrarouge."
Principe de fonctionnement de la détection et de la télémétrie de la lumière :LiDAR mesure le temps nécessaire à la lumière pour se rendre à un objet et se diffuser dans le détecteur. C'est la vitesse de la lumière qui est utilisée pour traduire l'information temporelle en information spatiale. Crédit :Najarian et al.
Dans une série d'études informatiques initiales, Sargent et son équipe ont identifié une pérovskite binaire avec une mobilité élevée des porteurs et un coefficient d'absorption élevé qui pourrait rivaliser avec les matériaux actuellement utilisés en termes d'efficacité et de vitesse. Le photodétecteur présenté dans leur récent article est basé sur ce matériau actif nouvellement identifié.
"Lorsque la lumière est absorbée par la couche active de pérovskite, les électrons et les trous photogénérés sont extraits à travers les couches de transport d'électrons et de trous", a déclaré le co-auteur Maral Vafaie. "Pour obtenir des temps de réponse rapides, ces porteurs de charge doivent se déplacer rapidement à travers les appareils, y compris les couches de transport. Oxyde de nickel (NiOx ) se caractérise par une cristallinité et une mobilité élevées, ce qui en fait une option idéale pour la couche de transport de trous (HTL)."
Lorsqu'ils ont commencé à tester leurs appareils, les chercheurs ont découvert qu'il existait une incompatibilité chimique entre la stratégie anti-oxydation établie pour les pérovskites PbSn et le NiOx couche. Ils ont donc conçu une méthode pour éliminer l'oxygène de l'appareil, en convertissant les espèces d'étain indésirables et en s'assurant qu'aucun résidu nocif ne reste.
Lors des premières évaluations, les photodétecteurs créés par Sargent, Najarian, Vafaie et leurs collègues ont obtenu des résultats très prometteurs, tant en termes d'efficacité quantique que de temps de réponse. L'équipe a également montré que leurs appareils peuvent résoudre des distances inférieures au millimètre avec un écart type typique de 50 µm.
Étudiant de l'U de T et postdoc (Maral et Amin) fabriquant des pérovskites PbSn pour LiDAR. Crédit :Najarian et al.
"Nous avons démontré que les photodétecteurs fabriqués à l'aide de pérovskites binaires convertissent la lumière proche infrarouge en signal électrique avec une efficacité supérieure à 85 % avec un temps de réponse plus rapide qu'une fraction de nanoseconde", ont déclaré Sargent et Morteza Najarian. "Il s'agit d'une amélioration de 100 fois par rapport aux photodétecteurs traités par solution signalés précédemment. Nous présentons ces mesures de performance dans la résolution spatiale de distances inférieures au millimètre, c'est-à-dire en fournissant une résolution en profondeur."
À l'avenir, les nouveaux photodétecteurs à pérovskite traités par solution créés par Sargent, Morteza Najarian et leurs collègues pourraient s'avérer utiles pour créer la technologie LiDAR (c'est-à-dire des outils permettant de déterminer des distances variables entre des objets) et des capteurs pour véhicules ou robots autonomes. Pendant ce temps, les chercheurs prévoient de continuer à rechercher des matériaux avantageux et à concevoir de nouveaux composants pour les technologies de détection.
"Dans les applications de détection et de télémétrie de la lumière à longue portée (LiDAR), seule une petite fraction de la lumière diffusée par les objets atteint le photodétecteur", ont ajouté Sargent et Morteza Najarian. "Si l'on déplace l'éclairage et la détection vers la région infrarouge à ondes courtes (par exemple, 1550 nm), une puissance plus élevée de lumière d'éclairage devient possible sans poser de problèmes de sécurité oculaire. Nous travaillons sur les semi-conducteurs III-V de nouvelle génération avec ceci à l'esprit."
© 2022 Réseau Science X Des chercheurs conçoivent des photodétecteurs organiques hautement sensibles et pouvant être produits en masse
