Uus kõrge tundlikkusega fotodetektor

Uus kõrge tundlikkusega fotodetektor

Hiljuti pakkus Hiina Teaduste Akadeemia (CAS) polükristallilistel galliumirikastel galliumoksiidmaterjalidel (PGR-GaOX) põhinev uurimisrühm esimest korda välja uue disainistrateegia kõrge tundlikkuse ja suure reageerimiskiirusega suure fotodetektori jaoks läbi ühendatud liidese püroelektrilise elemendi. ja fotojuhtivuse efektid ning vastavad uuringud avaldati Advanced Materialsis. Kõrge energiaga fotoelektrilised detektorid (sügavate ultraviolettkiirguse (DUV) kuni röntgeniribade jaoks) on kriitilise tähtsusega erinevates valdkondades, sealhulgas riiklikus julgeolekus, meditsiinis ja tööstusteaduses.

Praegustel pooljuhtmaterjalidel, nagu Si ja α-Se, on aga probleeme suure lekkevoolu ja madala röntgenikiirguse neeldumisteguriga, mida on raske suure jõudlusega tuvastamise vajadusi rahuldada. Seevastu lairibavahega (WBG) pooljuht-galliumoksiidmaterjalidel on suur potentsiaal suure energiatarbega fotoelektriliseks tuvastamiseks. Kuid materjali poole vältimatu sügava taseme lõksu ja seadme struktuuri tõhusa disaini puudumise tõttu on lairibavahelistel pooljuhtidel põhinevate suure tundlikkuse ja suure reageerimiskiirusega suure energiaga footonidetektorite realiseerimine keeruline. Nende väljakutsete lahendamiseks on Hiina uurimisrühm esmakordselt välja töötanud PGR-GaOX-il põhineva püroelektrilise fotojuhtiva dioodi (PPD). Ühendades liidese püroelektrilise efekti fotojuhtivuse efektiga, paraneb tuvastamise jõudlus oluliselt. PPD näitas kõrget tundlikkust nii DUV-i kui ka röntgenikiirte suhtes, reageerimissagedus oli vastavalt kuni 104A/W ja 105μC × Gyair-1/cm2, mis on üle 100 korra kõrgem kui varasematel sarnastest materjalidest valmistatud detektoritel. Lisaks võib PGR-GaOX ammendumise piirkonna polaarsest sümmeetriast põhjustatud liidese püroelektriline efekt suurendada detektori reageerimiskiirust 105 korda 0,1 ms-ni. Võrreldes tavapäraste fotodioodidega toodavad isetoitega PPDS-id valguse lülitamise ajal püroelektriliste väljade tõttu suuremat kasu.

Lisaks saab PPD töötada nihkerežiimis, kus võimendus sõltub suuresti eelpingest ja ülikõrge võimendus on saavutatav eelpinge suurendamisega. PPD-l on suur rakenduspotentsiaal madala energiatarbimise ja kõrge tundlikkusega pilditöötlussüsteemides. See töö mitte ainult ei tõesta, et GaOX on paljutõotav suure energiatarbega fotodetektori materjal, vaid pakub ka uut strateegiat suure jõudlusega suure energiaga fotodetektorite realiseerimiseks.