Las cámaras digitales, así como muchos otros dispositivos electrónicos, necesitan sensores sensibles a la luz. Para satisfacer la creciente demanda de componentes optoelectrónicos de este tipo, la industria está buscando nuevos materiales semiconductores. Se supone que no solo cubren una amplia gamade longitudes de onda, pero también debe ser económico. Un material híbrido, desarrollado en Dresden, cumple ambos requisitos. Himani Arora, estudiante de doctorado en física en Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR, demostró que este marco de metal orgánico puede usarse comoun fotodetector de banda ancha. Como no contiene materias primas costosas, se puede producir a granel a bajo costo.
En los últimos veinte años, los marcos organometálicos MOF se han convertido en un codiciado sistema de materiales. Hasta ahora, estas sustancias altamente porosas, de las cuales hasta el 90 por ciento están compuestas de espacio vacío, se han utilizado en gran medida para almacenar gases,para la catálisis o para liberar lentamente las drogas en el cuerpo humano. "El compuesto marco organometálico desarrollado en TU Dresden comprende un material orgánico integrado con iones de hierro", explica el Dr. Artur Erbe, jefe del grupo "Transporte en nanoestructuras" del HZDR's.Instituto de Investigación de Física y Materiales del Haz Iónico. "Lo especial es que el marco forma capas superpuestas con propiedades semiconductoras, lo que lo hace potencialmente interesante para aplicaciones optoelectrónicas".
El grupo tuvo la idea de utilizar el nuevo MOF bidimensional semiconductor como fotodetector. Para seguir adelante, Himani Arora investigó las propiedades electrónicas del semiconductor. Exploró, entre otros, hasta qué punto la sensibilidad a la luz dependía detemperatura y longitud de onda, y llegamos a una conclusión prometedora: de 400 a 1,575 nanómetros, el semiconductor podía detectar una amplia gama de longitudes de onda de luz. El espectro de radiación pasa de ultravioleta a infrarrojo cercano ". Esta es la primera vez que probamosuna fotodetección de banda ancha para un fotodetector completamente basada en capas MOF ", señala el candidato a doctorado." Estas son propiedades ideales para usar el material como elemento activo en componentes optoelectrónicos ".
Un pequeño bandgap hace la eficiencia
El espectro de longitudes de onda que un material semiconductor puede cubrir y transformarse en señales eléctricas depende esencialmente de la llamada banda prohibida. Los expertos usan este término para describir la distancia energética entre la banda de valencia y la banda de conducción de un material en estado sólido. En generalsemiconductores, la banda de valencia está completamente llena, por lo que los electrones no pueden moverse. La banda de conducción, por otro lado, está en gran parte vacía, por lo que los electrones pueden moverse libremente e influir en el flujo de corriente.que los electrones no pueden saltar de la banda de cenefa a la banda de conducción, los conductores de metal no tienen tales espacios. El intervalo de banda de un semiconductor es lo suficientemente grande como para elevar los electrones al nivel de energía más alto de la banda de conducción utilizando las ondas de luz.bandgap, menor es la energía requerida para excitar un electrón. "Como el bandgap en el material que exploramos es muy pequeño, solo se requiere muy poca energía de luz para inducirce la electricidad ", explica Himani Arora."Esta es la razón del amplio rango del espectro detectable".
Al enfriar el detector a temperaturas más bajas, el rendimiento se puede mejorar aún más debido a que se suprime la excitación térmica de los electrones. Otras mejoras incluyen la optimización de la configuración de los componentes, la producción de contactos más confiables y el desarrollo adicional del material. Los resultados sugieren quelos fotodetectores basados en MOF tendrán un futuro brillante. Gracias a sus propiedades electrónicas y fabricación económica, las capas MOF son candidatos prometedores para una serie de aplicaciones optoelectrónicas.
"El siguiente paso es escalar el grosor de la capa", dice Artur Erbe, mirando hacia adelante. "En el estudio, se utilizaron películas MOF de 1,7 micrómetros para construir el fotodetector. Para integrarlas en los componentes, deben ser significativamente más delgadas."Si es posible, el objetivo es reducir las capas superpuestas a 70 nanómetros, es decir, 25 veces más pequeñas que su tamaño. Hasta el grosor de esta capa, el material debe exhibir propiedades comparables. Si el grupo puede demostrar que la funcionalidad sigue siendo la misma enestas capas significativamente más delgadas, pueden embarcarse en su desarrollo hasta la etapa de producción.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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