Augstas veiktspējas pašpiedziņasinfrasarkanais fotodetektors
infrasarkanaisfotodetektorspiemīt spēcīgas prettraucēšanas spējas, spēcīga mērķa atpazīšanas spēja, darbība visos laika apstākļos un laba slēpšana. Tam ir arvien svarīgāka loma tādās jomās kā medicīna, militārā joma, kosmosa tehnoloģijas un vides inženierija. Starp tām ir pašpiedziņasfotoelektriskā noteikšanaMikroshēma, kas var darboties neatkarīgi bez ārēja papildu barošanas avota, ir piesaistījusi plašu uzmanību infrasarkanās detekcijas jomā, pateicoties tās unikālajai veiktspējai (piemēram, enerģētiskajai neatkarībai, augstajai jutībai un stabilitātei utt.). Turpretī tradicionālajām fotoelektriskās detekcijas mikroshēmām, piemēram, uz silīcija bāzes vai šaurjoslas spraugas pusvadītāju bāzes veidotajām infrasarkanajām mikroshēmām, ir nepieciešams ne tikai papildu spriegums, lai nodrošinātu fotoģenerēto nesēju atdalīšanu fotostrāvu radīšanai, bet arī papildu dzesēšanas sistēmas, lai samazinātu termisko troksni un uzlabotu reaģētspēju. Tāpēc nākotnē ir kļuvis grūti izpildīt nākamās paaudzes infrasarkanās detekcijas mikroshēmu jaunās koncepcijas un prasības, piemēram, zemu enerģijas patēriņu, mazu izmēru, zemas izmaksas un augstu veiktspēju.
Nesen pētnieku komandas no Ķīnas un Zviedrijas ir ierosinājušas jaunu kontaktu heterosavienojumu pašpiedziņas īsviļņu infrasarkanās (SWIR) fotoelektriskās detektēšanas mikroshēmu, kuras pamatā ir grafēna nanolentes (GNR) plēves/alumīnija oksīds/monokristāla silīcijs. Heterogēnās saskarnes izraisītā optiskā vārtēšanas efekta un iebūvētā elektriskā lauka kombinētās ietekmes rezultātā mikroshēma demonstrēja īpaši augstu reakcijas ātrumu un detektēšanas veiktspēju pie nulles nobīdes sprieguma. Fotoelektriskās detektēšanas mikroshēmas A reakcijas ātrums pašpiedziņas režīmā ir pat 75,3 A/W, detektēšanas ātrums ir 7,5 × 10¹⁴ Džounsa un ārējā kvantu efektivitāte ir tuvu 104%, uzlabojot tāda paša veida uz silīcija bāzes veidotu mikroshēmu detektēšanas veiktspēju par rekordlieliem 7 lieluma kārtām. Turklāt parastajā piedziņas režīmā mikroshēmas reakcijas ātrums, detektēšanas ātrums un ārējā kvantu efektivitāte ir attiecīgi pat 843 A/W, 10¹⁵ Džounsa un 105%, kas visas ir augstākās vērtības, par kurām ziņots pašreizējos pētījumos. Tikmēr šis pētījums demonstrēja arī fotoelektriskās detekcijas mikroshēmas reālo pielietojumu optiskās komunikācijas un infrasarkanās attēlveidošanas jomā, uzsverot tās milzīgo pielietojuma potenciālu.
Lai sistemātiski pētītu grafēna nanolentes /Al₂O₃/monokristāla silīcija fotodetektora fotoelektrisko veiktspēju, pētnieki pārbaudīja tā statiskās (strāvas-sprieguma līkne) un dinamiskās raksturlielumu atbildes reakcijas (strāvas-laika līkne). Lai sistemātiski novērtētu grafēna nanolentes /Al₂O₃/monokristāliskā silīcija heterostruktūras fotodetektora optiskās atbildes reakcijas raksturlielumus pie dažādiem nobīdes spriegumiem, pētnieki izmērīja ierīces dinamisko strāvas reakciju pie 0 V, -1 V, -3 V un -5 V nobīdes spriegumiem ar optisko jaudas blīvumu 8,15 μW/cm². Fotostrāva palielinās līdz ar apgriezto nobīdi un uzrāda ātru reakcijas ātrumu pie visiem nobīdes spriegumiem.
Visbeidzot, pētnieki izgatavoja attēlveidošanas sistēmu un veiksmīgi panāca īsviļņu infrasarkanā starojuma attēlveidošanu ar pašbarošanos. Sistēma darbojas ar nulles nobīdi un nepatērē vispār enerģiju. Fotodetektora attēlveidošanas spējas tika novērtētas, izmantojot melnu masku ar burta "T" rakstu (kā parādīts 1. attēlā).
Noslēgumā jāsaka, ka šajā pētījumā veiksmīgi tika izgatavoti pašdarbinoši fotodetektori, kuru pamatā ir grafēna nanolentes, un tika sasniegts rekordaugsts reakcijas ātrums. Tikmēr pētnieki veiksmīgi demonstrēja šī modeļa optiskās komunikācijas un attēlveidošanas iespējas.ļoti jutīgs fotodetektorsŠis pētījuma sasniegums ne tikai nodrošina praktisku pieeju grafēna nanolentu un uz silīcija bāzes veidotu optoelektronisko ierīču izstrādei, bet arī demonstrē to izcilo veiktspēju kā pašdarbināmiem īsviļņu infrasarkanajiem fotodetektoriem.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 28. aprīlis