Nízkoprahové infračervené žiarenielavínový fotodetektor
Infračervený lavínový fotodetektor (APD fotodetektor) je triedapolovodičové fotoelektrické zariadeniaktoré produkujú vysoký zisk prostredníctvom efektu kolíznej ionizácie, aby sa dosiahla schopnosť detekcie malého počtu fotónov alebo dokonca jednotlivých fotónov. Avšak v konvenčných štruktúrach fotodetektorov APD vedie proces rozptylu nosičov v nerovnovážnom stave k strate energie, takže prahové napätie lavíny zvyčajne musí dosiahnuť 50 – 200 V. To kladie vyššie nároky na budiace napätie zariadenia a návrh čítacieho obvodu, čo zvyšuje náklady a obmedzuje širšie aplikácie.
Čínsky výskum nedávno navrhol novú štruktúru lavínového detektora v blízkom infračervenom spektre s nízkym prahovým napätím lavíny a vysokou citlivosťou. Lavinový fotodetektor, založený na samodopovaní homojunkcie atómovej vrstvy, rieši škodlivý rozptyl indukovaný defektným stavom rozhrania, ktorému sa nedá vyhnúť v heterojunkcii. Silné lokálne „vrcholové“ elektrické pole indukované narušením translačnej symetrie sa zároveň používa na zvýšenie coulombovskej interakcie medzi nosičmi, potlačenie rozptylu dominovaného mimorovinným fonónovým módom a dosiahnutie vysokej účinnosti zdvojnásobenia nerovnovážnych nosičov. Pri izbovej teplote je prahová energia blízka teoretickému limitu Eg (Eg je šírka pásmovej medzery polovodiča) a detekčná citlivosť infračerveného lavínového detektora je až na úrovni 10 000 fotónov.
Táto štúdia je založená na homojunkcii (dvojrozmerný chalkogenid prechodného kovu, TMD) s vlastne dopovaným volfrámovým diselenidom (WSe₂) na báze atómových vrstiev ako zosilňovacom médiu pre lavíny nosičov náboja. Narušenie priestorovej translačnej symetrie sa dosahuje návrhom stupňovitej mutácie topografie, ktorá indukuje silné lokálne „hrotové“ elektrické pole na rozhraní mutantnej homojunkcie.
Okrem toho, hrúbka atómov môže potlačiť mechanizmus rozptylu, v ktorom dominuje fonónový mód, a realizovať proces zrýchlenia a násobenia nerovnovážnych nosičov s veľmi nízkou stratou. To pri izbovej teplote približuje prahovú energiu lavíny k teoretickému limitu, t. j. k zakázanému pásmu polovodičového materiálu, napr. Prahové napätie lavíny sa znížilo z 50 V na 1,6 V, čo umožňuje výskumníkom použiť zrelé nízkonapäťové digitálne obvody na riadenie lavíny.fotodetektorako aj riadiace diódy a tranzistory. Táto štúdia realizuje efektívnu konverziu a využitie energie nerovnovážnych nosičov prostredníctvom návrhu efektu lavínového multiplikačného efektu s nízkym prahom, čo poskytuje novú perspektívu pre vývoj novej generácie vysoko citlivej, nízkoprahovej a vysokoziskovej technológie infračervenej detekcie lavín.
Čas uverejnenia: 16. apríla 2025