Vědcům z Fyzikálního ústavu AV ČR pod vedením Zdeňka Hubičky a Jiřího Olejníčka se podařilo vyvinout vylepšený způsob přípravy tenkých vrstev oxidu zinečnatého (ZnO), které reagují na vakuové ultrafialové záření podstatně rychleji než dosud známé vrstvy vyráběné jinými metodami. O prvních přínosech této technologie jsme informovali již dříve zde. Klíčem k aktuálnímu posunu bylo využití nové plazmatické metody nanášení založené na elektronové cyklotronové vlnové rezonanci, která umožnila výrazně omezit výskyt specifických defektů v materiálu. Díky tomu se podařilo několikanásobně zvýšit rychlost detekce optického signálu i samotnou fotocitlivost. Na výsledcích, které byly publikovány v prestižním časopise Scientific Reports, se podíleli také kolegové z Japonska, Kuvajtu a Nového Zélandu.
Záření, které lidské oko nezachytí, ale které hraje klíčovou roli ve výzkumu vesmíru, sterilizaci povrchů nebo při výrobě mikročipů. Seznamte se s vakuovým ultrafialovým (VUV) zářením. Právě pro jeho detekci vědci potřebují extrémně citlivé materiály, ale často i s rychlou časovou odezvou. Tým vědců s českou účastí k tomu vyvinul nový nástroj – polovodičové vrstvy s výjimečnými vlastnostmi.
Zachytit VUV záření není jednoduché. Jde o extrémně energetické světlo s velmi krátkou vlnovou délkou (100–200 nm), které je pro lidské smysly neviditelné. Aby jej bylo možné detekovat, musí materiál převést foton na elektrický signál, a to co nejcitlivěji, rychle a bez rušení.
Z čeho se rodí extrémní citlivost a rychlá časová odezva
Klíčem k úspěchu se staly tenké vrstvy ZnO, materiálu běžně používaného v optoelektronice. Vědci z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR pod vedením Zdeňka Hubičky a Jiřího Olejníčka dokázali pomocí pokročilé plazmové technologie – konkrétně plazmy vzniklé elektronovou cyklotronovou vlnovou rezonancí (ECWR) – výrazně snížit počet určité skupiny defektů ve vrstvě. Tím odstranili překážky, které běžně snižují přesnost měření, například falešné signály nebo tzv. temný proud, tedy proud vznikající i bez dopadu světla.
„Pomocí řízení výkonu plazmatu jsme dokázali ovlivnit krystalinitu, koncentraci určitého množství defektů a vodivost materiálu tak, že jsme výrazně zlepšili jeho schopnost reagovat na dopadající záření. Odstranění dalších typů defektů bude úkolem navazujícího výzkumu,“ říká Jiří Olejníček.
Česká technologie s globálním přesahem
Výzkum ale nekončil vytvořením samotného materiálu. Mezinárodní tým detailně zkoumal jeho vlastnosti – japonské laboratoře provedly luminiscenční měření, která potvrdila výrazně nižší hustotu defektů ovlivňující tyto senzorické vlastnosti. Další metodou byla časově rozlišená mikrovlnná vodivost (TRMC), která ukázala, že nábojové nosiče v materiálu se chovají tak, jak by měly.
„Výsledky tohoto výzkumu potvrzují, že když se spojí přední odborníci napříč obory i kontinenty, může mezinárodní spolupráce přinést mimořádně silné výsledky,“ dodává Alexandr Dejneka, vedoucí Sekce optiky Fyzikálního ústavu AV ČR.
Nové ZnO vrstvy mají kromě výjimečných parametrů i jednu praktickou výhodu – jsou kompatibilní s běžnými technologiemi výroby polovodičů. Mohou tak najít uplatnění v průmyslových detektorech, při výzkumu ionizujícího záření nebo v kosmických aplikacích. Z českých laboratoří tak míří do světa technologie, které pomáhají vidět to, co je běžně neviditelné.