Bipolyar ikki o'lchovli ko'chki fotodetektori

Bipolyar ikki o'lchovliko'chki fotodetektori

Bipolyar ikki o'lchovli ko'chki fotodetektori (APD fotodetektori) ultra past shovqin va yuqori sezuvchanlikni aniqlashga erishadi

Bir nechta fotonlarni yoki hatto bitta fotonni yuqori sezuvchanlik bilan aniqlash zaif yorug'lik tasviri, masofadan zondlash va telemetriya va kvant aloqasi kabi sohalarda muhim qo'llash istiqbollariga ega. Ular orasida ko'chki fotodetektori (APD) kichik o'lchamli, yuqori samaradorlik va oson integratsiyalashuv xususiyatlari tufayli optoelektronik qurilmalarni tadqiq qilish sohasida muhim yo'nalishga aylandi. Signal-shovqin nisbati (SNR) APD fotodetektorining muhim ko'rsatkichi bo'lib, yuqori daromad va past qorong'u oqimni talab qiladi. Ikki o'lchovli (2D) materiallarning van der Waals hetero-birikmalari bo'yicha tadqiqotlar yuqori samarali APDlarni ishlab chiqishda keng istiqbollarni ko'rsatadi. Xitoylik tadqiqotchilar fotosensitiv material sifatida WSe₂ bipolyar ikki o'lchovli yarimo'tkazgich materialini tanladilar va an'anaviy APD fotodetektoriga xos bo'lgan shovqin muammosini hal qilish uchun eng yaxshi mos ish funktsiyasiga ega Pt/WSe₂/Ni tuzilmasi bilan sinchkovlik bilan tayyorlangan APD fotodetektorini tanladilar.

Tadqiqot guruhi Pt/WSe₂/Ni tuzilmasi asosidagi ko‘chki fotodetektorini taklif qildi, u xona haroratida fW darajasida o‘ta zaif yorug‘lik signallarini o‘ta sezgir aniqlashga erishdi. Ular ajoyib elektr xususiyatlariga ega bo'lgan WSe₂ ikki o'lchovli yarim o'tkazgich materialini tanladilar va Pt va Ni elektrod materiallarini birlashtirib, yangi turdagi ko'chki fotodetektorini muvaffaqiyatli ishlab chiqdilar. Pt, WSe₂ va Ni o'rtasida mos keladigan ish funktsiyasini aniq optimallashtirish orqali qorong'u tashuvchilarni samarali ravishda blokirovka qilish va fotogeneratsiyalangan tashuvchilardan o'tishga imkon beradigan transport mexanizmi ishlab chiqilgan. Ushbu mexanizm tashuvchining ionlashuvi natijasida yuzaga keladigan ortiqcha shovqinni sezilarli darajada kamaytiradi, bu esa fotodetektorga juda past shovqin darajasida yuqori sezgir optik signalni aniqlash imkonini beradi.

Keyinchalik, zaif elektr maydonidan kelib chiqqan ko'chki ta'sirining mexanizmini aniqlashtirish uchun tadqiqotchilar dastlab turli metallarning o'ziga xos ish funktsiyalarining WSe₂ bilan muvofiqligini baholadilar. Turli metall elektrodlari bo'lgan bir qator metall-yarim o'tkazgich-metall (MSM) qurilmalari ishlab chiqarildi va ular bo'yicha tegishli sinovlar o'tkazildi. Bundan tashqari, ko'chki boshlanishidan oldin tashuvchining tarqalishini kamaytirish orqali ta'sir ionizatsiyasining tasodifiyligini yumshatish va shu bilan shovqinni kamaytirish mumkin. Shuning uchun tegishli testlar o'tkazildi. Pt/WSe₂/Ni APD ning vaqtga javob berish xususiyatlari bo'yicha ustunligini yanada ko'rsatish uchun tadqiqotchilar turli xil fotoelektrik daromad qiymatlari ostida qurilmaning -3 dB tarmoqli kengligini baholadilar.

Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki, Pt/WSe₂/Ni detektori xona haroratida atigi 8,07 fVt/√Hz bo'lgan juda past shovqin ekvivalent quvvatini (NEP) namoyish etadi. Bu shuni anglatadiki, detektor o'ta zaif optik signallarni aniqlay oladi. Bundan tashqari, ushbu qurilma 5×10⁵ yuqori daromadga ega 20 kHz modulyatsiya chastotasida barqaror ishlashi mumkin, bu yuqori daromad va tarmoqli kengligini muvozanatlash qiyin bo'lgan an'anaviy fotovoltaik detektorlarning texnik muammolarini muvaffaqiyatli hal qiladi. Bu xususiyat unga yuqori daromad va past shovqin talab qiladigan ilovalarda muhim afzalliklarni taqdim etishi kutilmoqda.

Ushbu tadqiqot material muhandisligi va interfeysni optimallashtirishning ishlash samaradorligini oshirishda hal qiluvchi rolini ko'rsatadifotodetektorlar. Elektrodlar va ikki o'lchovli materiallarning mohir dizayni orqali qorong'u tashuvchilarning ekranlash effektiga erishildi, bu shovqin shovqinlarini sezilarli darajada kamaytiradi va aniqlash samaradorligini yanada oshiradi.

Ushbu detektorning ishlashi nafaqat fotoelektrik xususiyatlarda aks etadi, balki keng qo'llash istiqbollariga ham ega. Xona haroratida qorong'u oqimni samarali blokirovka qilish va fotogeneratsiyalangan tashuvchilarni samarali singdirish bilan ushbu detektor atrof-muhit monitoringi, astronomik kuzatish va optik aloqa kabi sohalarda zaif yorug'lik signallarini aniqlash uchun ayniqsa mos keladi. Ushbu tadqiqot yutug'i nafaqat past o'lchamli moddiy fotodetektorlarni ishlab chiqish uchun yangi g'oyalarni taqdim etadi, balki kelajakda yuqori samarali va past quvvatli optoelektronik qurilmalarni tadqiq qilish va ishlab chiqish uchun yangi ma'lumotnomalarni taqdim etadi.