Новый транзистор на квантовых точках может считать отдельные фотоны

Специалисты Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали транзистор на квантовых точках, который может считать отдельные фотоны. Новый полупроводниковый прибор, который легко может быть интегрирован в электронные схемы, способен работать при более высоких температурах, чем другие однофотонные детекторы.

Прибор, получивший название QDOGFET, является первым детектором на базе транзистора, который может определять количество фотонов, а не просто регистрировать их присутствие. Детектор содержит около 1000 квантовых точек – наноскопических полупроводящих кластеров с необычными электронными свойствами. Квантовые точки имеют наименьшую энергию из всех компонентов детектора и выполняют роль своеобразного «дренажного отверстия».

Под действием напряжения, приложенного к транзистору, возникает внутренний ток. Когда внутрь прибора попадает фотон, его энергия передается полупроводниковому поглощающему слою, в результате чего происходит разделение электронно-дырочной пары. Положительно заряженная «дырка» захватывается квантовой точкой, а появление свободного электрона приводит к увеличению внутреннего тока. Измеряя величину этого увеличения, ученые могут определять количество детектируемых фотонов.

Измерения показывают, что при каждом захвате «дырки» квантовой точкой, происходит увеличение внутреннего тока на 0,2 нА. При этом внутренний квантовый выход детектора, т.е. доля поглощенных фотонов, приводящих к захватам «дырок», составляет около 68%, что является рекордной величиной для фотонных детекторов этого типа.

В настоящее время QDOGFET может детектировать фотоны с длиной волны 800 нм. Используя различные полупроводящие материалы, разработчики планируют изготовить детекторы, работающие в ближней инфракрасной области длин волн, широко использующейся в телекоммуникациях. Кроме того, ученые надеются повысить внутренний квантовый выход детектора на 10% и увеличить скорость его работы.