Bipolêre tweedimensionelesneeustorting fotodetektor
Die bipolêre tweedimensionele lawine-fotodetektor (APD-fotodetektor) bereik ultra-lae geraas en hoë sensitiwiteitsopsporing
Hoë-sensitiwiteitsdeteksie van 'n paar fotone of selfs enkele fotone het belangrike toepassingsvooruitsigte in velde soos swak ligbeelding, afstandwaarneming en telemetrie, en kwantumkommunikasie. Onder hulle het die sneeustortingfotodetektor (APD) 'n belangrike rigting geword in die veld van opto-elektroniese toestelnavorsing as gevolg van sy eienskappe van klein grootte, hoë doeltreffendheid en maklike integrasie. Die sein-tot-ruisverhouding (SNR) is 'n belangrike aanduiding van APD-fotodetektor, wat hoë wins en lae donkerstroom benodig. Die navorsing oor van der Waals-heterojunksies van tweedimensionele (2D) materiale toon breë vooruitsigte in die ontwikkeling van hoëprestasie-APD's. Navorsers van China het bipolêre tweedimensionele halfgeleiermateriaal WSe₂ as die fotosensitiewe materiaal gekies en 'n noukeurig voorbereide APD-fotodetektor met 'n Pt/WSe₂/Ni-struktuur wat die beste ooreenstemmende werkfunksie het, gekies om die inherente winsruisprobleem van tradisionele APD-fotodetektor op te los.
Die navorsingspan het 'n sneeustorting-fotodetektor voorgestel gebaseer op die Pt/WSe₂/Ni-struktuur, wat hoogs sensitiewe opsporing van uiters swak ligseine op die fW-vlak by kamertemperatuur bereik het. Hulle het die tweedimensionele halfgeleiermateriaal WSe₂ gekies, wat uitstekende elektriese eienskappe het, en Pt- en Ni-elektrodemateriale gekombineer om 'n nuwe tipe sneeustorting-fotodetektor suksesvol te ontwikkel. Deur die werkfunksie-ooreenstemming tussen Pt, WSe₂ en Ni presies te optimaliseer, is 'n transportmeganisme ontwerp wat donker draers effektief kan blokkeer terwyl dit selektief toelaat dat fotogegenereerde draers deurgaan. Hierdie meganisme verminder die oormatige geraas wat deur draer-impakionisasie veroorsaak word, aansienlik, wat die fotodetektor in staat stel om hoogs sensitiewe optiese seinopsporing teen 'n uiters lae geraasvlak te bereik.
Om die meganisme agter die sneeustorting-effek wat deur die swak elektriese veld veroorsaak word, te verduidelik, het die navorsers aanvanklik die versoenbaarheid van die inherente werkfunksies van verskeie metale met WSe₂ geëvalueer. 'n Reeks metaal-halfgeleier-metaal (MSM) toestelle met verskillende metaalelektrodes is vervaardig en relevante toetse is daarop uitgevoer. Boonop, deur draerverstrooiing te verminder voordat die sneeustorting begin, kan die ewekansigheid van impakionisasie verminder word, waardeur geraas verminder word. Daarom is relevante toetse uitgevoer. Om die superioriteit van Pt/WSe₂/Ni APD verder te demonstreer in terme van tydrespons-eienskappe, het navorsers die -3 dB bandwydte van die toestel verder geëvalueer onder verskillende fotoëlektriese versterkingswaardes.
Die eksperimentele resultate toon dat die Pt/WSe₂/Ni-detektor 'n uiters lae geraas-ekwivalente krag (NEP) by kamertemperatuur toon, wat slegs 8.07 fW/√Hz is. Dit beteken dat die detektor uiters swak optiese seine kan identifiseer. Boonop kan hierdie toestel stabiel werk teen 'n modulasiefrekwensie van 20 kHz met 'n hoë wins van 5×10⁵, wat die tegniese knelpunt van tradisionele fotovoltaïese detektors suksesvol oplos, wat moeilik is om hoë wins en bandwydte te balanseer. Daar word verwag dat hierdie kenmerk dit beduidende voordele sal bied in toepassings wat hoë wins en lae geraas vereis.
Hierdie navorsing demonstreer die deurslaggewende rol van materiaalingenieurswese en koppelvlakoptimalisering in die verbetering van die werkverrigting vanfotodetektorsDeur die vernuftige ontwerp van elektrodes en tweedimensionele materiale is 'n afskermingseffek van donker draers bereik, wat geraasinterferensie aansienlik verminder en die opsporingsdoeltreffendheid verder verbeter.
Die werkverrigting van hierdie detektor word nie net weerspieël in die fotoëlektriese eienskappe nie, maar het ook breë toepassingsvooruitsigte. Met sy effektiewe blokkering van donkerstroom by kamertemperatuur en doeltreffende absorpsie van fotogegenereerde draers, is hierdie detektor veral geskik vir die opsporing van swak ligseine in velde soos omgewingsmonitering, astronomiese waarneming en optiese kommunikasie. Hierdie navorsingsprestasie bied nie net nuwe idees vir die ontwikkeling van lae-dimensionele materiaal fotodetektors nie, maar bied ook nuwe verwysings vir die toekomstige navorsing en ontwikkeling van hoëprestasie- en lae-krag opto-elektroniese toestelle.
Plasingstyd: 18 Junie 2025