Покрытие представляет собой специально выгравированную наноструктурированную тонкую пленку, которая пропускает больше света, чем плоская поверхность, но также обеспечивает электрический доступ к нижележащему материалу — решающее сочетание для оптоэлектроники, устройств, которые преобразуют электричество в свет и наоборот. Исследователи во главе с профессором электротехники и компьютерной инженерии Даниэлем Вассерманом опубликовали свои выводы в журнале Advanced Materials.«Возможность улучшить как электрический, так и оптический доступ к материалу является важным шагом на пути к более эффективным оптоэлектронным устройствам», — сказал Вассерман, член Лаборатории микро- и нанотехнологий в Иллинойсе.
По словам Вассермана, на границе между двумя материалами, такими как полупроводник и воздух, всегда отражается некоторый свет. Это ограничивает эффективность оптоэлектронных устройств. Если свет излучается в полупроводнике, некоторая часть этого света никогда не выйдет из полупроводникового материала. В качестве альтернативы, для датчика или солнечного элемента некоторая часть света никогда не попадет в детектор, чтобы собрать его и превратить в электрический сигнал.
Исследователи используют модель, называемую уравнениями Френеля, для описания отражения и пропускания на границе между двумя материалами.«Давно известно, что структурирование поверхности материала может увеличить светопропускание», — сказал соавтор исследования Виктор Подольский, профессор Массачусетского университета в Лоуэлле. «Среди таких структур одна из наиболее интересных похожа на структуры, встречающиеся в природе, и называется паттерном« микрорельеф »: крошечные наностолбики, которые могут« побить »уравнения Френеля на определенных длинах волн и под определенными углами».Хотя такие узорчатые поверхности способствуют передаче света, они препятствуют передаче электричества, создавая барьер для лежащего под ним электрического материала.
«В большинстве случаев добавление проводящего материала к поверхности приводит к поглощению и отражению, которые ухудшают характеристики устройства», — сказал Вассерман.Команда из Иллинойса и Массачусетса использовала запатентованный метод химического травления с использованием металла, MacEtch, разработанный в Иллинойсе Сюлин Ли, профессором электротехники и вычислительной техники и соавтором новой статьи.
Исследователи использовали MacEtch, чтобы вырезать узорчатую металлическую пленку на полупроводнике, чтобы создать массив крошечных наностолбиков, возвышающихся над металлической пленкой. Комбинация этих «микрорельефных» наностолбиков и металлической пленки создала материал с частичным покрытием, который превосходит необработанный полупроводник.
«Наностолбы усиливают оптическую передачу, а металлическая пленка обеспечивает электрический контакт. Примечательно, что мы можем улучшить оптическую передачу и электрический доступ одновременно», — сказал Рунью Лю, аспирант из Иллинойса и соавтор работы вместе с Иллинойсом. аспирант Сян Чжао и исследователь из Массачусетса Кристофер Робертс.Исследователи продемонстрировали, что их метод, в результате которого металл покрывает примерно половину поверхности, может пропускать около 90 процентов света на поверхность или от нее.
Для сравнения, голая, без рисунка поверхность без металла может пропускать только 70 процентов света и не имеет электрического контакта.Исследователи также продемонстрировали свою способность настраивать оптические свойства материала, регулируя размеры металлической пленки и глубину ее протравливания в полупроводнике.
«Мы стремимся интегрировать эти наноструктурированные пленки с оптоэлектронными устройствами, чтобы продемонстрировать, что мы можем одновременно улучшить как оптические, так и электронные свойства устройств, работающих на длинах волн от видимого до далекого инфракрасного», — сказал Вассерман.