Nový výskum nízkorozmerného lavínového fotodetektora
Vysoko citlivé technológie detekcie niekoľkých fotónov alebo dokonca jedného fotónu majú významné aplikačné perspektívy v oblastiach, ako je zobrazovanie pri slabom osvetlení, diaľkový prieskum Zeme a telemetria, ako aj kvantová komunikácia. Medzi nimi sa lavínové fotodetektory (APD) stali dôležitým smerom v oblasti výskumu optoelektronických zariadení vďaka svojim malým rozmerom, vysokej účinnosti a jednoduchej integrácii. Pomer signálu k šumu (SNR) je dôležitým ukazovateľom APD fotodetektora, ktorý vyžaduje vysoký zisk a nízky tmavý prúd. Výskum dvojrozmerných (2D) van der Waalsových heteroprechodov ukazuje široké perspektívy vo vývoji vysokovýkonných APD. Výskumníci z Číny si ako fotocitlivý materiál vybrali bipolárny dvojrozmerný polovodičový materiál WSe₂ a starostlivo pripravili štruktúru Pt/WSe₂/Ni.APD fotodetektors najlepšou zodpovedajúcou pracovnou funkciou na riešenie problému inherentného šumu zosilnenia tradičných APD.
Výskumníci navrhlilavínový fotodetektorna základe štruktúry Pt/WSe₂/Ni, čím sa dosiahla vysoko citlivá detekcia extrémne slabých svetelných signálov na úrovni fW pri izbovej teplote. Vybrali si dvojrozmerný polovodičový materiál WSe₂, ktorý má vynikajúce elektrické vlastnosti, a skombinovali ho s elektródovými materiálmi Pt a Ni, aby úspešne vyvinuli nový typ lavínového fotodetektora. Presnou optimalizáciou zhody výstupnej práce medzi Pt, WSe₂ a Ni bol navrhnutý transportný mechanizmus, ktorý dokáže účinne blokovať tmavé nosiče náboja a zároveň selektívne umožňovať prechod fotogenerovaných nosičov. Tento mechanizmus výrazne znižuje nadmerný šum spôsobený ionizáciou nárazom nosičov náboja, čo umožňuje fotodetektoru dosiahnuť vysoko citlivú detekciu optického signálu pri extrémne nízkej úrovni šumu.
Táto štúdia demonštruje kľúčovú úlohu materiálového inžinierstva a optimalizácie rozhrania pri zvyšovaní výkonu...fotodetektoryVďaka dômyselnému dizajnu elektród a dvojrozmerných materiálov sa dosiahol tieniaci účinok tmavých nosičov náboja, čím sa výrazne znížilo rušenie šumom a ďalej sa zlepšila účinnosť detekcie. Výkon tohto detektora sa neodráža len v jeho fotoelektrických vlastnostiach, ale má aj široké možnosti použitia. Vďaka účinnému blokovaniu tmavého prúdu pri izbovej teplote a účinnej absorpcii fotogenerovaných nosičov je tento fotodetektor obzvlášť vhodný na detekciu slabých svetelných signálov v oblastiach, ako je monitorovanie životného prostredia, astronomické pozorovanie a optická komunikácia. Tento výskumný úspech nielenže poskytuje nové nápady pre vývoj fotodetektorov z nízkorozmerných materiálov, ale ponúka aj nové referencie pre budúci výskum a vývoj vysokovýkonných a nízkoenergetických optoelektronických zariadení.
Čas uverejnenia: 27. augusta 2025