Nagy teljesítményű önvezetőinfravörös fotodetektor
infravörösfotodetektorerős interferencia-elhárító képességgel, kiváló célfelismerő képességgel, minden időjárási körülmény között működőképességgel és jó rejtőzködéssel rendelkezik. Egyre fontosabb szerepet játszik olyan területeken, mint az orvostudomány, a katonaság, az űrtechnológia és a környezetmérnöki tudományok. Ezek közül az önvezető...fotoelektromos detektálásAz infravörös detektálás területén nagy figyelmet kapott az olyan chip, amely külső tápegység nélkül is képes önállóan működni, egyedi teljesítménye (például energiafüggetlenség, nagy érzékenység és stabilitás stb.) miatt. Ezzel szemben a hagyományos fotoelektromos detektáló chipek, mint például a szilíciumalapú vagy keskenysávú félvezető alapú infravörös chipek, nemcsak további előfeszítő feszültségeket igényelnek a fotogenerált töltéshordozók elválasztásához a fotoáramok előállításához, hanem további hűtőrendszereket is igényelnek a hőzaj csökkentése és a válaszidő javítása érdekében. Ezért nehézzé vált a jövőben a következő generációs infravörös detektáló chipek új koncepcióinak és követelményeinek kielégítése, mint például az alacsony energiafogyasztás, a kis méret, az alacsony költség és a nagy teljesítmény.
Kínai és svéd kutatócsoportok nemrégiben egy új, grafén nanoszalag (GNR) filmeken/alumínium-oxidon/egykristályos szilíciumon alapuló, tűs heteroátmenetes, önvezérelt, rövidhullámú infravörös (SWIR) fotoelektromos detektáló chipet javasoltak. A heterogén interfész és a beépített elektromos mező által kiváltott optikai kapuzási hatás együttes hatására a chip rendkívül magas válasz- és detektálási teljesítményt mutatott nulla előfeszültség mellett. A fotoelektromos detektáló chip válaszadási sebessége önvezérelt módban akár 75,3 A/W, detektálási sebessége 7,5 × 10¹⁴ Jones, külső kvantumhatásfoka pedig közel 104%, ami rekordnak számító, 7 nagyságrenddel javítja az azonos típusú szilíciumalapú chipek detektálási teljesítményét. Ezenkívül a hagyományos meghajtó módban a chip válaszadási sebessége, detektálási sebessége és külső kvantumhatásfoka egyaránt eléri a 843 A/W, a 10¹⁵ Jones és a 105%-ot, amelyek mindegyike a jelenlegi kutatásokban jelentett legmagasabb érték. Eközben ez a kutatás bemutatta a fotoelektromos érzékelő chip valós alkalmazását az optikai kommunikáció és az infravörös képalkotás területén, kiemelve annak hatalmas alkalmazási potenciálját.
A grafén nanoszalag /Al₂O₃ / egykristályos szilícium alapú fotodetektor fotoelektromos teljesítményének szisztematikus vizsgálata érdekében a kutatók tesztelték a statikus (áram-feszültség görbe) és dinamikus karakterisztikus válaszokat (áram-idő görbe). A grafén nanoszalag /Al₂O₃ / monokristályos szilícium heterostruktúrájú fotodetektor optikai válaszjellemzőinek szisztematikus értékelése különböző előfeszültségek mellett a kutatók megmérték az eszköz dinamikus áramválaszát 0 V, -1 V, -3 V és -5 V előfeszültségeknél, 8,15 μW/cm² optikai teljesítménysűrűség mellett. A fotoáram a fordított előfeszültséggel növekszik, és gyors válaszidőt mutat minden előfeszültségnél.
Végül a kutatók elkészítettek egy képalkotó rendszert, és sikeresen megvalósították a rövidhullámú infravörös tartomány önálló tápellátású képalkotását. A rendszer nulla előfeszítéssel működik, és egyáltalán nem fogyaszt energiát. A fotodetektor képalkotó képességét egy „T” betű mintázatú fekete maszk segítségével értékelték (ahogy az az 1. ábrán látható).
Összefoglalva, a kutatás sikeresen állított elő grafén nanoszalagokon alapuló, önműködő fotodetektorokat, és rekordmagas válaszadási arányt ért el. Eközben a kutatók sikeresen demonstrálták ennek az eszköznek az optikai kommunikációs és képalkotó képességeit.nagy érzékenységű fotodetektorEz a kutatási eredmény nemcsak gyakorlati megközelítést kínál a grafén nanoszalagok és a szilícium alapú optoelektronikai eszközök fejlesztéséhez, hanem kiváló teljesítményüket is demonstrálja önállóan táplált rövidhullámú infravörös fotodetektorokként.
Közzététel ideje: 2025. április 28.