Diseñan nuevo fotodetector ultravioleta autoalimentado

La detección de luz ultravioleta (UV) puede revolucionar industrias como la ingeniería civil, la defensa militar, la exploración aeroespacial y la investigación médica.

El futuro de la electrónica depende en gran medida de dispositivos energéticamente eficientes que puedan funcionar de forma independiente, lo que hace que el desarrollo de detectores UV fotoeléctricos sea fundamental.

Estos detectores vienen en dos tipos principales: fotoconductores y fotovoltaicos, cada uno con ventajas y aplicaciones únicas.

Los detectores fotoconductores se basan en los cambios en la conductividad de los semiconductores bajo la luz ultravioleta, pero requieren una fuente de alimentación externa, lo que limita su aplicación práctica.

Los detectores fotovoltaicos idealmente convierten las señales ópticas en señales eléctricas sin necesidad de una fuente de alimentación externa, pero también tienen una baja fotorrespuesta, por lo que aún se necesita una fuente externa.

Además, los detectores UV de estado sólido tradicionales son complejos de fabricar y no son muy convenientes ni rentables.

Se han desarrollado nuevos dispositivos fotodetectores ultravioleta fotoelectroquímicos (PEC UV PD) para detectar la luz ultravioleta mediante el uso de una reacción química que genera una señal eléctrica cuando se expone a la luz ultravioleta.

Pero la mayoría solo puede detectar un tipo de luz ultravioleta.

Investigadores de la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing (NJUPT) y la Universidad de Nanjing diseñaron recientemente un PD UV PEC que puede detectar dos tipos de luz ultravioleta mediante el uso de un tipo especial de nanoestructura hecha de diferentes capas.

Este diseño hace que el detector sea sensible a los cambios en el entorno, y los investigadores pudieron mejorar aún más el rendimiento del detector modificando su superficie.

Este nuevo diseño ofrece una estrategia prometedora para desarrollar dispositivos optoelectrónicos multifuncionales.

El equipo de investigación utilizó una nanoestructura de nitruro de galio y aluminio en capas (p-AlGaN/GaN) como electrodo en un sistema de tres electrodos para estudiar cómo detecta la luz.

Descubrieron que los diminutos nanocables semiconductores de GaN son esenciales para controlar el flujo de corriente eléctrica e invertir la dirección de la fotocorriente en respuesta a diferentes tipos de luz.

Descubrieron que los nanocables actúan como un absorbente de luz bajo una luz de 365 nm y, al mismo tiempo, sirven como donantes de electrones cuando se exponen a una luz de 255 nm, lo que ayuda a regular la fotorrespuesta a diferentes longitudes de onda.

El diseño PEC UV PD es capaz de distinguir entre diferentes longitudes de onda de luz mediante el uso de nanocables de AlGaN/GaN en capas en lugar de nanocables de AlGaN desnudos, logrando la inversión de la polaridad de la fotocorriente en dos puntos diferentes.

Esto lo hace muy sensible a los cambios en el entorno circundante, lo que permite una fácil regulación de la fotorrespuesta a través de la intensidad de la luz y la polarización externa.

Además, al incluir platino en la modificación de la superficie con PEC PD, los investigadores pudieron mejorar la fotorrespuesta y lograr velocidades de respuesta ultrarrápidas de 20 ms a 255 nm de luz.

Según Dunjun Chen, profesor de Ciencia e Ingeniería Electrónica y uno de los autores del trabajo, “Nos enfocamos en la importancia del segmento GaN en este sistema y mostramos cómo afecta la forma en que el sistema transporta la energía”.

Chen agrega: “Este sistema de fotodetección PEC autoalimentado ofrece una nueva forma de comprender los mecanismos de transporte en los sistemas PEC de nanocables de AlGaN/GaN, lo que podría conducir al desarrollo de dispositivos optoelectrónicos aún más avanzados en el futuro”.

Este avance destaca el potencial para manipular la construcción de nanocables y la dinámica de la superficie para mejorar el rendimiento multifuncional de los PD de PEC y puede allanar el camino para dispositivos más eficientes y efectivos que se pueden usar en una variedad de aplicaciones.

Fuente: Phys.org