Jauns augstas jutības fotodetektors

Jaunsaugstas jutības fotodetektors

Nesen Ķīnas Zinātņu akadēmijas (CAS) pētnieku komanda, kuras pamatā ir polikristāliski gallija bagāti gallija oksīda materiāli (PGR-GaOX), pirmo reizi ierosināja jaunu dizaina stratēģiju augstas jutības un augsta reakcijas ātruma nodrošināšanai.fotodetektorsizmantojot savienotās saskarnes piroelektriskos un fotovadītspējas efektus, un attiecīgais pētījums tika publicēts žurnālā “Advanced Materials”. Augstas enerģijasfotoelektriskie detektori(dziļā ultravioletā (DUV) līdz rentgena staru joslām) ir kritiski svarīgas dažādās jomās, tostarp valsts drošībā, medicīnā un rūpniecības zinātnē.

Tomēr pašreizējiem pusvadītāju materiāliem, piemēram, Si un α-Se, ir problēmas ar lielu noplūdes strāvu un zemu rentgenstaru absorbcijas koeficientu, kas apgrūtina augstas veiktspējas detektēšanas prasību izpildi. Turpretī platjoslas spraugas (WBG) pusvadītāju gallija oksīda materiāliem ir liels potenciāls augstas enerģijas fotoelektriskajai detektēšanai. Tomēr, ņemot vērā neizbēgamo dziļo līmeņu slazdu materiāla pusē un ierīces struktūras efektīvas konstrukcijas trūkumu, ir grūti realizēt augstas jutības un liela reakcijas ātruma augstas enerģijas fotonu detektorus, kuru pamatā ir platjoslas spraugas pusvadītāji. Lai risinātu šīs problēmas, Ķīnas pētnieku komanda pirmo reizi ir izstrādājusi piroelektrisku fotovadošu diodi (PPD), kuras pamatā ir PGR-GaOX. Apvienojot saskarnes piroelektrisko efektu ar fotovadītspējas efektu, detektēšanas veiktspēja ir ievērojami uzlabojusies. PPD uzrādīja augstu jutību gan pret DUV, gan rentgenstariem, ar reakcijas ātrumu līdz pat 104A/W un 105μC×Gyair-1/cm2, kas ir vairāk nekā 100 reizes augstāks nekā iepriekšējiem detektoriem, kas izgatavoti no līdzīgiem materiāliem. Turklāt saskarnes piroelektriskais efekts, ko izraisa PGR-GaOX noplicināšanas reģiona polārā simetrija, var palielināt detektora reakcijas ātrumu 105 reizes līdz 0,1 ms. Salīdzinot ar parastajām fotodiodēm, pašbarošanās režīma PPDS rada lielāku pastiprinājumu piroelektrisko lauku dēļ gaismas komutācijas laikā.

Turklāt PPD var darboties nobīdes režīmā, kur pastiprinājums ir ļoti atkarīgs no nobīdes sprieguma, un īpaši augstu pastiprinājumu var panākt, palielinot nobīdes spriegumu. PPD ir liels pielietojuma potenciāls zema enerģijas patēriņa un augstas jutības attēlveidošanas uzlabošanas sistēmās. Šis darbs ne tikai pierāda, ka GaOX ir daudzsološsaugstas enerģijas fotodetektorsmateriāls, bet arī nodrošina jaunu stratēģiju augstas veiktspējas augstas enerģijas fotodetektoru realizēšanai.