光电探测器量子效率突破理论极限

据物理学家组织网近日报道，芬兰研究人员开发出一种黑硅光电探测器，其外量子效率达130%。这是光电器件这一效率首次超过100%的理论极限，有望大大提高光电探测设备的效率，而这些设备被广泛应用于汽车、手机、智能手表和医疗设备内。

光电探测器是可以感测光或其他电磁能量的感测器，可将光子转换成电流，被吸收的光子形成电子-空穴对。光电探测器包括光电二极管和光电晶体管等。量子效率是用以定义光电探测器等设备将其受光表面接收到的光子转换为电子-空穴对的百分比，即量子效率等于光生电子除以入射光子数。当一个入射光子向外部电路产生一个电子时，设备的外量子效率为100%（此前被认为是理论极限）。在最新研究中，黑硅光电探测器的效率高达130%，这意味着一个入射光子产生大约1.3 个电子。

阿尔托大学研究人员表示，这一重大突破背后的秘密武器是黑硅光电探测器独特的纳米结构内出现的电荷载流子倍增过程，该过程由高能光子触发。此前，由于电和光损耗的存在减少了所收集电子的数量，因此科学家未能在实际设备中观察到该现象。研究负责人赫拉·赛文教授解释说：“我们的纳米结构器件没有重组和反射损失，因此我们可以收集到所有倍增的电荷载流子。”