Երկբևեռ երկչափ ձնահոսքի լուսադետեկտոր

Երկբևեռ երկչափձնահոսքի լուսադետեկտոր

Երկբևեռ երկչափ ձնահոսքի ֆոտոդետեկտորը (APD լուսադետեկտոր) ապահովում է ծայրահեղ ցածր աղմուկ և բարձր զգայունության հայտնաբերում

Քիչ կամ նույնիսկ մեկ ֆոտոնի բարձր զգայունությամբ հայտնաբերումը կարևոր կիրառման հեռանկարներ ունի այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են թույլ լույսի պատկերումը, հեռազգացումը և հեռաչափությունը, ինչպես նաև քվանտային կապը: Դրանց թվում է ձնահոսքի լուսադետեկտորը (APD) դարձել է օպտոէլեկտրոնային սարքերի հետազոտության ոլորտի կարևոր ուղղություն՝ իր փոքր չափի, բարձր արդյունավետության և հեշտ ինտեգրման բնութագրերի շնորհիվ: Ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը (SNR) APD լուսադետեկտորի կարևոր ցուցանիշ է, որը պահանջում է բարձր ուժեղացում և ցածր մութ հոսանք: Երկչափ (2D) նյութերի վան դեր Վաալսի հետերոմիացումների վերաբերյալ հետազոտությունը լայն հեռանկարներ է ցույց տալիս բարձր արդյունավետությամբ APD-ների մշակման գործում: Չինաստանից հետազոտողները որպես լուսազգայուն նյութ ընտրել են երկբևեռ երկչափ կիսահաղորդչային նյութը՝ WSe₂-ը, և մանրակրկիտ մշակված APD լուսադետեկտոր՝ Pt/WSe₂/Ni կառուցվածքով, որն ունի լավագույն համապատասխան աշխատանքային ֆունկցիան՝ ավանդական APD լուսադետեկտորի ներքին ուժեղացման աղմուկի խնդիրը լուծելու համար:

Հետազոտական ​​խումբը առաջարկել է Pt/WSe₂/Ni կառուցվածքի վրա հիմնված ձնահոսքի լուսադետեկտոր, որը թույլ է տվել սենյակային ջերմաստիճանում fW մակարդակում չափազանց թույլ լույսի ազդանշանների բարձր զգայունության հայտնաբերում: Նրանք ընտրել են երկչափ կիսահաղորդչային նյութը՝ WSe₂-ը, որն ունի գերազանց էլեկտրական հատկություններ, և համատեղել Pt և Ni էլեկտրոդային նյութերը՝ հաջողությամբ մշակելու ձնահոսքի լուսադետեկտորի նոր տեսակ: Pt-ի, WSe₂-ի և Ni-ի միջև աշխատանքային ֆունկցիայի համապատասխանությունը ճշգրիտ օպտիմալացնելով՝ նախագծվել է փոխադրման մեխանիզմ, որը կարող է արդյունավետորեն արգելափակել մուգ կրիչները՝ ընտրողաբար թույլ տալով ֆոտոգեներացված կրիչներին անցնել: Այս մեխանիզմը զգալիորեն նվազեցնում է կրիչների հարվածային իոնացման հետևանքով առաջացած ավելորդ աղմուկը, թույլ տալով լուսադետեկտորին հասնել բարձր զգայունության օպտիկական ազդանշանի հայտնաբերման՝ չափազանց ցածր աղմուկի մակարդակով:

Այնուհետև, թույլ էլեկտրական դաշտի կողմից առաջացած ձնահոսքի էֆեկտի մեխանիզմը պարզաբանելու համար, հետազոտողները սկզբում գնահատել են տարբեր մետաղների ներքին աշխատանքային ֆունկցիաների համատեղելիությունը WSe₂-ի հետ: Պատրաստվել են տարբեր մետաղական էլեկտրոդներով մետաղ-կիսահաղորդիչ-մետաղ (MSM) սարքերի շարք, և դրանց վրա անցկացվել են համապատասխան փորձարկումներ: Բացի այդ, ձնահոսքի սկսվելուց առաջ կրողների ցրումը նվազեցնելով, կարելի է մեղմել հարվածային իոնացման պատահականությունը, դրանով իսկ նվազեցնելով աղմուկը: Հետևաբար, անցկացվել են համապատասխան փորձարկումներ: Pt/WSe₂/Ni APD-ի գերազանցությունը ժամանակային արձագանքի բնութագրերի առումով ավելի լավ ցույց տալու համար, հետազոտողները հետագայում գնահատել են սարքի -3 դԲ թողունակությունը տարբեր ֆոտոէլեկտրական ուժեղացման արժեքների դեպքում:

Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ Pt/WSe₂/Ni դետեկտորը սենյակային ջերմաստիճանում ցուցաբերում է չափազանց ցածր աղմուկի համարժեք հզորություն (NEP), որը կազմում է ընդամենը 8.07 fW/√Hz: Սա նշանակում է, որ դետեկտորը կարող է հայտնաբերել չափազանց թույլ օպտիկական ազդանշաններ: Բացի այդ, այս սարքը կարող է կայուն աշխատել 20 կՀց մոդուլյացիայի հաճախականությամբ՝ 5×10⁵ բարձր ուժեղացմամբ, հաջողությամբ լուծելով ավանդական ֆոտովոլտային դետեկտորների տեխնիկական խոչընդոտը, որոնք դժվար է հավասարակշռել բարձր ուժեղացումը և թողունակությունը: Ակնկալվում է, որ այս առանձնահատկությունը նրան կապահովի զգալի առավելություններ այն կիրառություններում, որոնք պահանջում են բարձր ուժեղացում և ցածր աղմուկ:

Այս հետազոտությունը ցույց է տալիս նյութական ճարտարագիտության և ինտերֆեյսի օպտիմալացման կարևոր դերը…ֆոտոդետեկտորներԷլեկտրոդների և երկչափ նյութերի հնարամիտ նախագծման միջոցով ձեռք է բերվել մուգ կրիչների պաշտպանիչ ազդեցություն, որը զգալիորեն նվազեցնում է աղմուկի խանգարումը և ավելի է բարելավում հայտնաբերման արդյունավետությունը։

Այս դետեկտորի աշխատանքը ոչ միայն արտացոլվում է ֆոտոէլեկտրական բնութագրերում, այլև ունի լայն կիրառման հեռանկարներ: Սենյակային ջերմաստիճանում մութ հոսանքի արդյունավետ արգելափակման և ֆոտոգեներացված կրիչների արդյունավետ կլանման շնորհիվ, այս դետեկտորը հատկապես հարմար է թույլ լույսի ազդանշանները հայտնաբերելու համար այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են շրջակա միջավայրի մոնիթորինգը, աստղագիտական ​​դիտարկումները և օպտիկական հաղորդակցությունը: Այս հետազոտական ​​նվաճումը ոչ միայն նոր գաղափարներ է տալիս ցածր չափերի նյութական ֆոտոդետեկտորների մշակման համար, այլև նոր հղումներ է առաջարկում բարձր արդյունավետության և ցածր հզորության օպտոէլեկտրոնային սարքերի ապագա հետազոտությունների և մշակման համար: