La détection de la lumière infrarouge est essentielle dans un grand nombre de technologies, des télécommandes aux systèmes de mise au point automatique, en passant par les voitures autonomes et les casques de réalité virtuelle. Cela signifie que l’amélioration de l’efficacité des capteurs infrarouges, tels que les photodiodes, serait très bénéfique.
Des chercheurs de l’université d’Aalto ont mis au point un nouveau type de photodiode infrarouge qui est 35 % plus sensible à 1,55 µm, la longueur d’onde clé pour les télécommunications, que d’autres composants à base de germanium. Il est important de noter que ce nouveau dispositif peut être fabriqué à l’aide des techniques de production actuelles, ce qui le rend très pratique pour l’adoption.
« Il nous a fallu huit ans pour passer de l’idée à la preuve de concept », explique Hele Savin, professeur à l’université d’Aalto.
L’idée de base est de fabriquer les photodiodes en utilisant du germanium au lieu de l’arséniure d’indium et de gallium. Les photodiodes au germanium sont moins chères et déjà entièrement compatibles avec le processus de fabrication des semi-conducteurs, mais jusqu’à présent, les photodiodes au germanium n’ont pas donné de bons résultats en termes de capture de la lumière infrarouge.
L’équipe de M. Savin a réussi à fabriquer des photodiodes au germanium qui captent la quasi-totalité de la lumière infrarouge qui les atteint.
« Les performances élevées ont été rendues possibles par la combinaison de plusieurs approches novatrices : l’élimination des pertes optiques à l’aide de nanostructures de surface et la minimisation des pertes électriques de deux manières différentes », ajoute Hanchen Liu, le chercheur doctorant qui a construit le dispositif de validation du concept.
Les tests effectués par l’équipe ont montré que leur photodiode de validation était plus performante en termes de réactivité que les photodiodes au germanium existantes, mais aussi que les photodiodes commerciales à l’arséniure d’indium et de gallium. La nouvelle technologie capture très efficacement les photons infrarouges et fonctionne bien sur une large gamme de longueurs d’onde. Les nouvelles photodiodes peuvent être facilement fabriquées dans les installations de production existantes et les chercheurs s’attendent à ce qu’elles puissent être directement intégrées dans de nombreuses technologies.
« Le moment ne pourrait être mieux choisi. De nos jours, tant de domaines reposent sur la détection du rayonnement infrarouge que cette technologie fait désormais partie de notre vie quotidienne », conclut M. Savin.
M. Savin et le reste de l’équipe sont impatients de voir comment leur technologie affectera les applications existantes et de découvrir quelles nouvelles applications deviendront possibles grâce à l’amélioration de la sensibilité.
Légende illustration : Le nouveau capteur infrarouge, plus sensible, apporte des avantages à de nombreuses technologies. Photo : Université d’Aalto / Xiaolong Liu
L’étude a été publiée le 1er janvier 2025 dans la revue Light : Science & Applications. – DOI: s41377-024-01670-4
Source : U. Aalto – Traduction Enerzine.com
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