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より優れた赤外センサの構築

January, 21, 2025, Espoo--赤外線の検出は、リモートコントロールからオートフォーカスシステム、自動運転車、バーチャルリアリティヘッドセットまで、様々な技術で重要である。つまり、フォトダイオードなどの赤外線センサの効率を向上させることで、大きなメリットが得られるということである。

アールト大学(Aalto University)の研究者は、他のゲルマニウムベースのコンポーネントと比較して、電気通信の主要な波長1.55µmで35%高い応答性を持つ新しいタイプの赤外線フォトダイオードを開発した。重要なのは、この新しいデバイスは現在の製造技術を使用して製造できるため、採用に非常に実用的であるということである。

「アイデアが浮かび上がってから概念実証まで、8年かかった」と、アールト大学のHele Savin教授は話している。

基本的な考え方は、インジウムガリウムヒ素の代わりにゲルマニウムを使用してフォトダイオードを作ることである。ゲルマニウムフォトダイオードは安価で、すでに半導体製造プロセスと完全に互換性があるが、これまでのところ、ゲルマニウムフォトダイオードは赤外光のキャプチャの点でパフォーマンスが不十分だった。

Savinのチームは、当たるほぼすべての赤外線を捕捉するゲルマニウムフォトダイオードを作ることに成功した。

「この高性能は、表面ナノ構造を使用して光学損失を排除することと、2つの異なる方法で電気損失を最小限に抑えることという、いくつかの新しいアプローチを組み合わせることで可能になった」と、概念実証デバイスを作成した博士研究員のHanchen Liuは説明している。

チームのテストでは、概念実証フォトダイオードが、既存のゲルマニウムフォトダイオードだけでなく、市販のInGaAsフォトダイオードよりも応答性が高いことが示された。この新技術は、赤外線フォトンを非常に効率的に捕捉し、幅広い波長で良好に機能する。新しいフォトダイオードは、既存の製造施設で容易に製造でき、研究チームはそれらを多くの技術に直接統合できると期待している。

「これ以上ないほどのタイミングである。今日では、非常に多くの分野が赤外線のセンシングに依存しているため、この技術はわれわれの日常生活の一部になっている」(Savin)。

Savinとチームの他のメンバーは、自分たちの技術が既存のアプリケーションにどのような影響を与えるか、また、感度の向上によってどのような新しいアプリケーションが可能になるかを発見することに熱心に取り組んでいる。

この研究は、2025年1月1日にLight: Science & Applications誌に掲載された。