Met het verbazingwekkende vermogen om gebieden in volledige duisternis te onderzoeken, nachtzichtcamera's hebben een revolutie teweeggebracht in de beveiligingsindustrie. Maar de materialen en technologie die in de huidige camera's zijn opgenomen, hebben de neiging om te degraderen onder temperatuurstress, waardoor nachtkijkers vaak kapot gaan.

Manijeh Razeghi van de Northwestern University en haar team hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld om de technologieën in nachtzichtcamera's te verbeteren, waardoor deze al te frequente storingen mogelijk tot het verleden behoren.

Razeghi's team ontwikkelde een baanbrekend ontwerp van indiumarsenide/indiumarsenide-antimonide type II-superroosters met gespannen laag, een belangrijk onderdeel voor het maken van hoogwaardige, lange golflengte infrarood fotodetectoren voor verschillende toepassingen, inclusief nachtzichtcamera's.

"Met een speciale op superrooster gebaseerde elektronenbarrière, de nieuw ontworpen fotodetector beperkt de belemmerende donkere stroomdichtheid, terwijl de achtergrond beperkte infrarood fotodetectietemperatuur wordt verhoogd, " zei Razeghi, Walter P. Murphy Hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan de McCormick School of Engineering van Northwestern. "Dit stelt de infraroodcamera's in staat beeldvorming uit te voeren bij hogere bedrijfstemperaturen en vermindert de behoefte aan cryogeen koelvermogen in de camera."

Ondersteund door het Air Force Research Laboratory, Defense Advanced Research Projects Agency, en het Amerikaanse leger, het onderzoek werd eerder deze maand gepubliceerd in het tijdschrift APL-materialen .

Razeghi's nieuwe fotodetector kan de lichtsignalen detecteren van golflengten tot 10 micron, dat is dezelfde golflengte die door het menselijk lichaam wordt uitgezonden. Huidige state-of-the-art fotodetectoren zijn gemaakt met kwik-cadmium-telluride, waarvoor wetenschappers al lang op zoek zijn naar alternatieven omdat het degradeert onder thermische stress. Kwik vormt ook bekende gevaren voor de gezondheid en het milieu. (De internationale Minamata-conventie van kwik verbiedt de productie en handel van producten met kwik vanaf 2020.)

Razeghi's groep in Northwestern's Center for Quantum Devices is de eerste die kwik vervangt door indiumarsenide/indiumarsenide-antimonide type II superroosters. De nieuwe vervanging is niet alleen veiliger dan kwik, het is ook duurzamer. Kwik-cadmium-telluride heeft warmtegevoelige ionische bindingen die bij hoge temperaturen afbreken.

Pogingen om indiumarsenide/indiumarsenide-antimonide type II superroosters te gebruiken in het verleden resulteerden in fotodetectoren met een kortere levensduur en inferieure optische prestaties. Maar Razeghi en haar team hebben deze langdurige wetenschappelijke uitdaging overwonnen door een "zaagtand-superroosterontwerp, " met fungeerde als een elektronenbarrière om het materiaal te beveiligen en degradatie te voorkomen.