Alacsony küszöbű infravöröslavina fotodetektor
Az infravörös lavina fotodetektor (APD fotodetektor) egy osztályfélvezető fotoelektromos eszközökamelyek az ütközéses ionizációs hatás révén nagy erősítést hoznak létre, így kevés foton vagy akár egyetlen foton detektálási képességét is elérik. A hagyományos APD fotodetektor struktúrákban azonban a nem egyensúlyi vivőszórási folyamat energiaveszteséghez vezet, így a lavina küszöbfeszültségének általában el kell érnie az 50-200 V-ot. Ez nagyobb követelményeket támaszt az eszköz meghajtófeszültségével és kiolvasó áramkörének kialakításával szemben, növelve a költségeket és korlátozva a szélesebb körű alkalmazásokat.
Kínai kutatások a közelmúltban egy új struktúrájú, alacsony lavina küszöbfeszültséggel és nagy érzékenységgel rendelkező lavina közeli infravörös detektort javasoltak. Az atomréteg önadalékoló homoátmenetén alapuló lavina fotodetektor megoldja a heteroátmenetben elkerülhetetlen határfelületi hibaállapot által kiváltott káros szóródást. Eközben a transzlációs szimmetriasértés által indukált erős lokális „csúcs” elektromos mezőt használják fel a töltéshordozók közötti Coulomb-kölcsönhatás fokozására, a síkon kívüli fonon módus által dominált szóródás elnyomására és a nem egyensúlyi töltéshordozók magas megduplázódási hatékonyságának elérésére. Szobahőmérsékleten a küszöbenergia közel van az elméleti határhoz, Eg (Eg a félvezető sávszélessége), és az infravörös lavina detektor detektálási érzékenysége akár 10000 foton szint is lehet.
Ez a tanulmány atomréteges, önadalékolt volfrám-diszelenid (WSe₂) homoátmeneten (kétdimenziós átmenetifém-kalkogenid, TMD) alapul, mint töltéshordozó-lavinák erősítő közegén. A térbeli transzlációs szimmetriasértést egy topográfiai lépésmutáció megtervezésével érik el, amely erős lokális „tüske” elektromos teret indukál a mutáns homoátmenet határfelületén.
Ezenkívül az atomvastagság elnyomhatja a fononmódus által dominált szórási mechanizmust, és nagyon alacsony veszteséggel valósíthatja meg a nemegyensúlyi töltéshordozó gyorsítási és sokszorozási folyamatát. Ez a lavina küszöbenergiáját szobahőmérsékleten közelíti az elméleti határhoz, azaz a félvezető anyag tiltott sávjához (Pg). A lavina küszöbfeszültségét 50 V-ról 1,6 V-ra csökkentették, lehetővé téve a kutatók számára, hogy érett, alacsony feszültségű digitális áramköröket használjanak a lavina meghajtására.fotodetektorvalamint meghajtódiódák és tranzisztorok. Ez a tanulmány a nemegyensúlyi vivőenergia hatékony átalakítását és felhasználását valósítja meg alacsony küszöbértékű lavina-sokszorozási hatás tervezésén keresztül, amely új perspektívát kínál a következő generációs, nagy érzékenységű, alacsony küszöbértékű és nagy erősítésű lavina-infravörös detektáló technológia fejlesztéséhez.
Közzététel ideje: 2025. április 16.