Vysokovýkonný samohybný pohoninfračervený fotodetektor
infračervenéfotodetektorMá vlastnosti silnej odolnosti voči rušeniu, silnej schopnosti rozpoznávania cieľov, prevádzky za každého počasia a dobrej maskovacej schopnosti. Zohráva čoraz dôležitejšiu úlohu v oblastiach ako medicína, armáda, vesmírne technológie a environmentálne inžinierstvo. Medzi nimi sú aj samohybné...fotoelektrická detekciaČip, ktorý dokáže fungovať nezávisle bez externého zdroja napájania, pritiahol v oblasti infračervenej detekcie rozsiahlu pozornosť vďaka svojmu jedinečnému výkonu (ako je energetická nezávislosť, vysoká citlivosť a stabilita atď.). Naproti tomu tradičné fotoelektrické detekčné čipy, ako sú infračervené čipy na báze kremíka alebo polovodičov s úzkym pásmovým zakázaným pásmom, nielenže vyžadujú dodatočné predpätie na riadenie separácie fotogenerovaných nosičov na výrobu fotoprúdov, ale potrebujú aj dodatočné chladiace systémy na zníženie tepelného šumu a zlepšenie odozvy. Preto je v budúcnosti ťažké splniť nové koncepty a požiadavky infračervených detekčných čipov ďalšej generácie, ako je nízka spotreba energie, malá veľkosť, nízke náklady a vysoký výkon.
Výskumné tímy z Číny a Švédska nedávno navrhli nový pinový heterojunkčný samočinne riadený fotoelektrický detekčný čip v krátkovlnnom infračervenom (SWIR) spektre, založený na grafénových nanoribbonoch (GNR)/oxide hlinitom/monokryštálovom kremíku. Pri kombinovanom účinku optického hradlového efektu spusteného heterogénnym rozhraním a vstavaným elektrickým poľom čip preukázal ultravysokú odozvu a detekčný výkon pri nulovom predpätí. Fotoelektrický detekčný čip má v samočinne riadenom režime rýchlosť odozvy A až 75,3 A/W, detekčnú rýchlosť 7,5 × 10¹⁴ Jonesov a externú kvantovú účinnosť blízku 104 %, čím zlepšuje detekčný výkon rovnakého typu kremíkových čipov o rekordných 7 rádov. Okrem toho v konvenčnom režime riadenia dosahujú rýchlosť odozvy, detekčná rýchlosť a externá kvantová účinnosť čipu až 843 A/W, 10¹⁵ Jonesov a 105 %, čo sú najvyššie hodnoty zaznamenané v súčasnom výskume. Medzitým tento výskum demonštroval aj reálne využitie fotoelektrického detekčného čipu v oblastiach optickej komunikácie a infračerveného zobrazovania, čím zdôraznil jeho obrovský aplikačný potenciál.
Aby výskumníci systematicky študovali fotoelektrický výkon fotodetektora na báze grafénu nanoribbonov /Al₂O₃/ monokryštalického kremíka, testovali jeho statické (krivka prúd-napätie) a dynamické charakteristické odozvy (krivka prúd-čas). Aby systematicky vyhodnotili optické charakteristiky odozvy fotodetektora s grafénom nanoribbonom /Al₂O₃/ monokryštalickou kremíkovou heterostruktúrou pri rôznych predpäťových napätiach, výskumníci merali dynamickú prúdovú odozvu zariadenia pri predpätí 0 V, -1 V, -3 V a -5 V s optickou hustotou výkonu 8,15 μW/cm². Fotoprúd sa zvyšuje s reverzným predpätím a vykazuje rýchlu rýchlosť odozvy pri všetkých predpäťových napätiach.
Výskumníci nakoniec zostrojili zobrazovací systém a úspešne dosiahli autonómne zobrazovanie krátkovlnného infračerveného žiarenia. Systém pracuje s nulovým predpätím a nemá žiadnu spotrebu energie. Zobrazovacia schopnosť fotodetektora bola vyhodnotená pomocou čiernej masky so vzorom písmena „T“ (ako je znázornené na obrázku 1).
Záverom možno konštatovať, že tento výskum úspešne vyrobil samonapájacie fotodetektory založené na graféneových nanoribbonoch a dosiahol rekordne vysokú mieru odozvy. Výskumníci zároveň úspešne demonštrovali optické komunikačné a zobrazovacie schopnosti tohto...vysoko citlivý fotodetektorTento výskumný úspech nielenže poskytuje praktický prístup k vývoju grafénu nanoribbonov a optoelektronických zariadení na báze kremíka, ale tiež demonštruje ich vynikajúci výkon ako autonómnych krátkovlnných infračervených fotodetektorov.
Čas uverejnenia: 28. apríla 2025