Uus ülitundlik fotodetektor

Uuskõrge tundlikkusega fotodetektor

Hiljuti pakkus Hiina Teaduste Akadeemia (CAS) uurimisrühm, mis tegeleb polükristalliliste galliumirikaste galliumoksiidi materjalide (PGR-GaOX) uurimisega, esmakordselt välja uue disainistrateegia suure tundlikkuse ja suure reageerimiskiiruse saavutamiseks.fotodetektorseotud liidese püroelektriliste ja fotojuhtivuse efektide kaudu ning vastav uuring avaldati ajakirjas Advanced Materials. Kõrge energiagafotoelektrilised detektorid(sügava ultraviolettkiirguse (DUV) ja röntgenikiirguse sagedusalade jaoks) on kriitilise tähtsusega paljudes valdkondades, sealhulgas riigi julgeolekus, meditsiinis ja tööstusteaduses.

Praegustel pooljuhtmaterjalidel, nagu Si ja α-Se, on aga probleemideks suur lekkevool ja madal röntgenkiirguse neeldumistegur, mis raskendab suure jõudlusega detekteerimise vajaduste rahuldamist. Seevastu lairibaühendusega (WBG) pooljuhtgalliumoksiidi materjalidel on suur potentsiaal suure energiaga fotoelektrilise detekteerimise jaoks. Materjali poolel paratamatu sügava tasemelõksu ja seadme struktuuri efektiivse disaini puudumise tõttu on aga keeruline realiseerida lairibaühendusega pooljuhtidel põhinevaid suure tundlikkusega ja suure reageerimiskiirusega suure energiaga footondetektoreid. Nende probleemide lahendamiseks on Hiina uurimisrühm esmakordselt konstrueerinud PGR-GaOX-il põhineva püroelektrilise fotojuhtiva dioodi (PPD). Liidese püroelektrilise efekti ja fotojuhtivuse efekti ühendamisega paraneb detekteerimise jõudlus märkimisväärselt. PPD näitas suurt tundlikkust nii DUV- kui ka röntgenkiirguse suhtes, reageerimiskiirusega vastavalt kuni 104A/W ja 105μC×Gyair-1/cm2, mis on enam kui 100 korda kõrgem kui varasematel sarnastest materjalidest detektoritel. Lisaks võib PGR-GaOX ammendumispiirkonna polaarsümmeetriast tingitud liidese püroelektriline efekt suurendada detektori reageerimiskiirust 105 korda 0,1 ms-ni. Võrreldes tavapäraste fotodioodidega annavad iseseisva toitega PPDS-id valguse lülitamise ajal püroelektriliste väljade tõttu suurema võimenduse.

Lisaks saab PPD töötada eelpingerežiimis, kus võimendus sõltub suuresti eelpingest ja ülikõrge võimenduse saab saavutada eelpinge suurendamise teel. PPD-l on suur rakenduspotentsiaal madala energiatarbega ja suure tundlikkusega pildistamissüsteemides. See töö mitte ainult ei tõesta, et GaOX on paljutõotavsuure energiaga fotodetektormaterjal, aga pakub ka uue strateegia suure jõudlusega suure energiaga fotodetektorite realiseerimiseks.