光検出器の量子効率は理論的な制限を破ります

Physicists Organization Networkによると、最近、フィンランドの研究者が130％の外部量子効率を持つ黒いシリコンの光検出器を開発したと報告しました。これは、太陽光発電デバイスの効率が100％の理論上の限界を超えるのは初めてであり、光電子検出デバイスの効率を大幅に改善すると予想されます。

光検出器は、光またはその他の電磁エネルギーを測定し、光子を電流に変換することができるセンサーであり、吸収された光子は電子穴ペアを形成します。フォトセクターにはフォトダイオードとフォトトランス装置などが含まれます。量子効率は、フォトセクターなどのデバイスが電子穴ペアに受け取った光子の割合を定義するために使用されます。つまり、量子効率は、入射光子数で除算された光発生電子の数に等しくなります。

入射光子が外部回路に電子を生成すると、デバイスの外部量子効率は100％（以前は理論的な制限であると考えられていました）。最新の研究では、黒いシリコンの光検出器の効率は最大130％でした。つまり、1つの入射光子が約1.3電子を生成することを意味します。

Aalto Universityの研究者によると、この主要なブレークスルーの背後にある秘密兵器は、高エネルギー光子によって引き起こされる黒いシリコンフォトセクターのユニークなナノ構造内で発生するチャージキャリア乗算プロセスです。以前は、科学者は、電気的および光学的損失の存在が収集された電子の数を減らしたため、実際のデバイスで現象を観察することができませんでした。 「当社のナノ構造化されたデバイスには、組換えも反射損失もないため、すべての乗算された充電キャリアを収集できます」と、研究指導者のヘラ・セバーン教授は説明しました。

この効率は、ヨーロッパで最も正確で信頼性の高い測定サービスであるドイツ国立計測学会（PTB）の物理技術研究所によって検証されています。

研究者は、この記録効率を意味することは、科学者が光電子検出装置の性能を大幅に改善できることを意味します。

「当社の検出器は、特にバイオテクノロジーと産業プロセスの監視の分野で多くの関心を集めています」と、Aalto Universityが所有するElfysincのCEOであるMikko Juntuna博士は述べています。彼らが商業用にそのような検出器を製造し始めたことが報告されています。