Bipolyar ikki o'lchovli ko'chki fotodetektori

Bipolyar ikki o'lchovliko'chki fotodetektori

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

Bir nechta fotonlarni yoki hatto bitta fotonlarni yuqori sezgirlik bilan aniqlash zaif yorug'lik tasvirlash, masofadan zondlash va telemetriya hamda kvant aloqasi kabi sohalarda muhim qo'llanilish istiqbollariga ega. Ular orasida ko'chki fotodetektori (APD) kichik o'lcham, yuqori samaradorlik va oson integratsiya xususiyatlari tufayli optoelektron qurilmalarni tadqiq qilish sohasida muhim yo'nalishga aylandi. Signal-shovqin nisbati (SNR) yuqori daromad va past qorong'u tokni talab qiladigan APD fotodetektorining muhim ko'rsatkichidir. Ikki o'lchovli (2D) materiallarning van der Waals heterojunctionlari bo'yicha tadqiqotlar yuqori samarali APDlarni ishlab chiqishda keng istiqbollarni ko'rsatadi. Xitoylik tadqiqotchilar WSe₂ bipolyar ikki o'lchovli yarimo'tkazgich materialini fotosensitiv material sifatida tanladilar va an'anaviy APD fotodetektorining tabiiy kuchaytirish shovqini muammosini hal qilish uchun eng yaxshi mos keladigan ish funktsiyasiga ega Pt/WSe₂/Ni tuzilishiga ega APD fotodetektorini puxta tayyorladilar.

Tadqiqot guruhi Pt/WSe₂/Ni tuzilishiga asoslangan ko'chki fotodetektorini taklif qildi, bu xona haroratida fW darajasida juda zaif yorug'lik signallarini yuqori sezgirlik bilan aniqlashga imkon berdi. Ular ajoyib elektr xususiyatlariga ega bo'lgan ikki o'lchovli yarimo'tkazgichli material WSe₂ ni tanladilar va yangi turdagi ko'chki fotodetektorini muvaffaqiyatli ishlab chiqish uchun Pt va Ni elektrod materiallarini birlashtirdilar. Pt, WSe₂ va Ni o'rtasidagi ish funktsiyasini aniq optimallashtirish orqali, qorong'u tashuvchilarni samarali ravishda blokirovka qila oladigan va fotogeneratsiyalangan tashuvchilarning tanlab o'tishiga imkon beradigan transport mexanizmi ishlab chiqildi. Ushbu mexanizm tashuvchilarning zarba ionlanishi natijasida yuzaga keladigan ortiqcha shovqinni sezilarli darajada kamaytiradi, bu esa fotodetektorga juda past shovqin darajasida yuqori sezgir optik signalni aniqlashga imkon beradi.

Keyin, kuchsiz elektr maydoni tomonidan qo'zg'atilgan ko'chki effekti mexanizmini aniqlashtirish uchun tadqiqotchilar dastlab turli metallarning WSe₂ bilan o'ziga xos ish funktsiyalarining mosligini baholadilar. Turli metall elektrodlarga ega bo'lgan bir qator metall-yarim o'tkazgich-metall (MSM) qurilmalari ishlab chiqarildi va ularda tegishli sinovlar o'tkazildi. Bundan tashqari, ko'chki boshlanishidan oldin tashuvchilarning tarqalishini kamaytirish orqali zarba ionlanishining tasodifiyligini kamaytirish va shu bilan shovqinni kamaytirish mumkin. Shuning uchun tegishli sinovlar o'tkazildi. Pt/WSe₂/Ni APD ning vaqtga javob berish xususiyatlari jihatidan ustunligini yanada ko'proq namoyish etish uchun tadqiqotchilar turli fotoelektrik kuchaytirish qiymatlari ostida qurilmaning -3 dB o'tkazish qobiliyatini qo'shimcha ravishda baholadilar.

Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki, Pt/WSe₂/Ni detektori xona haroratida juda past shovqin ekvivalenti quvvatini (NEP) namoyish etadi, bu atigi 8,07 fVt/√Hz. Bu detektor juda zaif optik signallarni aniqlay olishini anglatadi. Bundan tashqari, ushbu qurilma 20 kHz modulyatsiya chastotasida 5 × 10⁵ yuqori kuchaytirish bilan barqaror ishlashi mumkin, bu esa yuqori kuchaytirish va o'tkazish qobiliyatini muvozanatlash qiyin bo'lgan an'anaviy fotovoltaik detektorlarning texnik to'siqlarini muvaffaqiyatli hal qiladi. Bu xususiyat unga yuqori kuchaytirish va past shovqin talab qiladigan ilovalarda sezilarli afzalliklarni taqdim etishi kutilmoqda.

Ushbu tadqiqot material muhandisligi va interfeys optimallashtirishning ish faoliyatini yaxshilashdagi muhim rolini namoyish etadifotodetektorlarElektrodlar va ikki o'lchovli materiallarning mohirona dizayni orqali qorong'u tashuvchilarning himoya effektiga erishildi, bu shovqin shovqinini sezilarli darajada kamaytiradi va aniqlash samaradorligini yanada oshiradi.

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