Suure jõudlusega isejuhtiv infrapunafotodetektor

Suure jõudlusega isejuhtivinfrapunane fotodetektor

infrapunafotodetektoromab tugevat häiretevastast võimet, head sihtmärgi tuvastamise võimet, iga ilmaga töötamist ja head varjatavust. See mängib üha olulisemat rolli sellistes valdkondades nagu meditsiin, sõjandus, kosmosetehnoloogia ja keskkonnatehnika. Nende hulgas on isejuhtivfotoelektriline tuvastamineKiip, mis suudab töötada iseseisvalt ilma välise täiendava toiteallikata, on oma ainulaadse jõudluse (näiteks energiasõltumatuse, kõrge tundlikkuse ja stabiilsuse jms) tõttu infrapunadetektorite valdkonnas laialdaselt tähelepanu pälvinud. Seevastu traditsioonilised fotoelektrilised detekteerimiskiibid, näiteks ränipõhised või kitsaribalise pooljuhtpõhised infrapunakiibid, ei vaja mitte ainult täiendavaid eelpingeid fotogenereeritud laengukandjate eraldamiseks fotovoolude tekitamiseks, vaid ka täiendavaid jahutussüsteeme termilise müra vähendamiseks ja reageerimisvõime parandamiseks. Seetõttu on tulevikus muutunud keeruliseks täita järgmise põlvkonna infrapunadetektorkiipide uusi kontseptsioone ja nõudeid, nagu madal energiatarve, väiksus, madal hind ja kõrge jõudlus.

Hiljuti pakkusid Hiina ja Rootsi uurimisrühmad välja uudse grafeennanoriboni (GNR) kiledel/alumiiniumoksiidil/monokristallilise räni baasil töötava heterosiirdega isejuhitava lühilainelise infrapuna (SWIR) fotoelektrilise tuvastuskiibi. Heterogeense liidese ja sisseehitatud elektrivälja poolt esile kutsutud optilise lülitusefekti koosmõjul näitas kiip ülikõrget reageerimisvõimet ja tuvastusjõudlust nullpinge juures. Fotoelektrilise tuvastuskiibi reageerimiskiirus on isejuhitavas režiimis koguni 75,3 A/W, tuvastuskiirus on 7,5 × 10¹⁴ jousi ja väline kvantefektiivsus ligi 104%, mis parandab sama tüüpi ränipõhiste kiipide tuvastusjõudlust rekordilise 7 suurusjärgu võrra. Lisaks on tavapärases ajamisrežiimis kiibi reageerimiskiirus, tuvastuskiirus ja väline kvantefektiivsus vastavalt 843 A/W, 10¹⁵ jousi ja 105%, mis kõik on praegustes uuringutes teatatud kõrgeimad väärtused. Samal ajal demonstreeris see uuring ka fotoelektrilise tuvastuskiibi reaalset rakendamist optilise side ja infrapunakujutiste valdkonnas, rõhutades selle tohutut rakenduspotentsiaali.

Grafeennanoriboonidel /Al₂O₃/monokristallilise räni baasil loodud fotodetektori fotoelektrilise jõudluse süstemaatiliseks uurimiseks testisid teadlased selle staatilisi (voolu-pinge kõver) ja dünaamilisi karakteristikuid (voolu-aja kõver). Grafeennanoribooni/Al₂O₃/monokristallilise räni heterostruktuuriga fotodetektori optiliste karakteristikute süstemaatiliseks hindamiseks erinevate eelpingete korral mõõtsid teadlased seadme dünaamilist voolukarakteristikut 0 V, -1 V, -3 V ja -5 V eelpingetel optilise võimsustihedusega 8,15 μW/cm². Fotovool suureneb vastupingega ja näitab kiiret reageerimiskiirust kõigi eelpingete korral.

Lõpuks valmistasid teadlased pildistamissüsteemi ja saavutasid edukalt lühilainelise infrapunakiirguse iseseisva pildistamise. Süsteem töötab nullpinge all ja ei tarbi üldse energiat. Fotodetektori pildistamisvõimet hinnati musta maski abil, millel oli tähe "T" muster (nagu on näidatud joonisel 1).

Kokkuvõtteks võib öelda, et see uuring valmistas edukalt grafeeni nanoribadel põhinevaid iseliikuvaid fotodetektoreid ja saavutas rekordiliselt kõrge reageerimiskiiruse. Samal ajal demonstreerisid teadlased edukalt selle seadme optilise side ja pildistamisvõimalusi.väga reageeriv fotodetektorSee teadustöö saavutus mitte ainult ei paku praktilist lähenemisviisi grafeeni nanoribade ja ränipõhiste optoelektrooniliste seadmete arendamiseks, vaid demonstreerib ka nende suurepärast jõudlust iseseisvate lühilaineliste infrapunafotodetektoritena.