Zema sliekšņa infrasarkanaislavīnu fotodetektors
Infrasarkanā lavīnas fotodetektors (APD fotodetektors) ir klasepusvadītāju fotoelektriskās ierīceskas rada lielu pastiprinājumu, izmantojot sadursmes jonizācijas efektu, lai sasniegtu dažu fotonu vai pat atsevišķu fotonu noteikšanas spēju. Tomēr parastajās APD fotodetektoru struktūrās nevienmērīgā nesēju izkliedes process noved pie enerģijas zudumiem, tāpēc lavīnas sliekšņa spriegumam parasti ir jāsasniedz 50–200 V. Tas rada augstākas prasības ierīces piedziņas spriegumam un nolasīšanas shēmas konstrukcijai, palielinot izmaksas un ierobežojot plašākas pielietojuma iespējas.
Nesen Ķīnas pētnieki ir ierosinājuši jaunu lavīnu tuvā infrasarkanā starojuma detektora struktūru ar zemu lavīnu sliekšņa spriegumu un augstu jutību. Pamatojoties uz atomu slāņa pašdopinga homosavienojumu, lavīnu fotodetektors novērš kaitīgo izkliedi, ko izraisa saskarnes defektu stāvoklis un kas ir neizbēgama heterosavienojumā. Tikmēr spēcīgais lokālais "pīķa" elektriskais lauks, ko izraisa translācijas simetrijas pārkāpums, tiek izmantots, lai uzlabotu Kulona mijiedarbību starp nesējiem, nomāktu ārpusplaknes fononu režīma dominēto izkliedi un sasniegtu augstu nevienlīdzīgā starojuma nesēju dubultošanās efektivitāti. Istabas temperatūrā sliekšņa enerģija ir tuvu teorētiskajai robežai Eg (Eg ir pusvadītāja joslas atstarpe), un infrasarkanā lavīnu detektora detektēšanas jutība ir līdz 10 000 fotonu līmenim.
Šis pētījums ir balstīts uz atomu slāņa pašdopētu volframa diselenīda (WSe₂) homosavienojumu (divdimensiju pārejas metāla halkogēnīdu, TMD) kā pastiprināšanas vidi lādiņnesēju lavīnām. Telpiskās translācijas simetrijas laušana tiek panākta, izstrādājot topogrāfijas pakāpes mutāciju, lai mutanta homosavienojuma saskarnē inducētu spēcīgu lokālu "smailes" elektrisko lauku.
Turklāt atomu biezums var nomākt fononu režīma dominēto izkliedes mehānismu un realizēt nevienmērīgā nesēja paātrinājuma un reizināšanas procesu ar ļoti zemiem zudumiem. Tas istabas temperatūrā tuvina lavīnas sliekšņa enerģiju teorētiskajai robežai, t.i., pusvadītāju materiāla joslas spraugai, piemēram. Lavīnas sliekšņa spriegums tika samazināts no 50 V līdz 1,6 V, ļaujot pētniekiem izmantot nobriedušas zemsprieguma digitālās shēmas, lai vadītu lavīnu.fotodetektorskā arī piedziņas diodes un tranzistori. Šajā pētījumā tiek realizēta nevienmērīga nesēja enerģijas efektīva pārveidošana un izmantošana, izstrādājot zema sliekšņa lavīnu reizināšanas efektu, kas sniedz jaunu perspektīvu nākamās paaudzes ļoti jutīgas, zema sliekšņa un augsta pastiprinājuma lavīnu infrasarkanās noteikšanas tehnoloģijas izstrādei.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 16. aprīlis