Nouveau type de photodiode à couche mince développé par l'équipe de recherche DGIST. Crédit :Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
Une équipe de recherche de la DGIST a dévoilé une nouvelle photodiode haute performance qui réduit l'épaisseur à un sixième des photodiodes au silicium conventionnelles. Selon les chercheurs, ils ont travaillé au développement d'une technologie pour augmenter la stabilité et les performances des photodiodes à l'aide de nanocristaux de pérovskite cubique. L'application de cette technologie aux futures photodiodes contribuera aux domaines qui nécessitent une accumulation et une résolution élevées.
Photodiodes au silicium, les unités de conversion photoélectrique de base des capteurs d'images, sont considérés comme le pilier d'une variété d'applications d'imagerie en raison de leur faible bruit, absorption large bande passante, et une fréquence de fonctionnement élevée. Néanmoins, les photodiodes au silicium actuellement utilisées dans l'industrie ont une amélioration de la résolution limitée du fait de leur épaisseur, dépassant 3 micromètres (μm). Pérovskite, qui est l'un des principaux matériaux de substitution, absorbe bien la lumière, mais il était difficile de le mettre en pratique en raison de sa faible stabilité.
Pour pallier les inconvénients des matériaux existants, Le professeur Chung a prêté attention au fait que la pérovskite à l'iodure de plomb césium (CsPbI3) maintient la stabilité sous forme de nanocristaux cubiques. L'équipe de recherche a développé un nouveau type de photodiode à couche mince utilisant des nanocristaux de pérovskite d'iodure de plomb et de césium cubique et des composés soufrés entre les électrodes de la photodiode. Les photodiodes développées par l'équipe ont amélioré la stabilité grâce à des réactions acido-basiques entre les ions plomb (Pb2 +) et les anions soufre (S2-).
Schéma conceptuel de la réaction acide-base stabilisée et micrographie électronique de nanoparticules de pérovskite cubique. Crédit :Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
Dans cette étude, la photodiode à couche mince optimisée de 0,5 micromètre d'épaisseur a démontré une sensibilité de 1,8 × 1012 Jones, similaire à une photodiode au silicium. En outre, il a fonctionné de manière stable pendant plus de 10 heures, même dans des conditions difficiles d'humidité relative de plus de 80 pour cent.
Les chercheurs ont suggéré une méthode pour améliorer la stabilité de divers dispositifs optiques tels que les diodes électroluminescentes et les cellules solaires utilisant de la pérovskite ainsi que des photodiodes. Par ailleurs, les nanocristaux de pérovskite d'iodure de plomb et de césium devraient être utilisés dans divers domaines omniprésents car ils peuvent être traités à basse température.
« Les photodiodes petites et performantes développées par cette recherche seront applicables aux véhicules autonomes, domaines d'exploration militaire et spatiale qui nécessitent une accumulation et une résolution élevées, " a déclaré le professeur Chung. " Nous continuerons à mener la quatrième révolution industrielle en développant des haute efficacité, et des capteurs d'images à haute stabilité utilisant des photodiodes à pérovskite."
