Wysokowydajny, samojezdnyfotodetektor podczerwieni
podczerwonyfotodetektorCechuje się silną zdolnością przeciwzakłóceniową, doskonałą zdolnością rozpoznawania celów, działaniem w każdych warunkach pogodowych i dobrym kamuflażem. Odgrywa coraz ważniejszą rolę w takich dziedzinach jak medycyna, wojsko, technologia kosmiczna i inżynieria środowiska. Wśród nich znajduje się samonapędzający siędetekcja fotoelektrycznaUkład scalony, który może działać niezależnie bez zewnętrznego dodatkowego zasilania, przyciągnął szerokie zainteresowanie w dziedzinie detekcji podczerwieni ze względu na swoje unikalne parametry (takie jak niezależność energetyczna, wysoka czułość i stabilność itp.). Z kolei tradycyjne układy detekcji fotoelektrycznej, takie jak układy podczerwone oparte na krzemie lub półprzewodnikach wąskopasmowych, wymagają nie tylko dodatkowych napięć polaryzacji do separacji nośników fotogenerowanych w celu wytworzenia fotoprądów, ale także dodatkowych systemów chłodzenia w celu redukcji szumu termicznego i poprawy responsywności. W związku z tym trudno jest sprostać nowym koncepcjom i wymaganiom stawianym przez kolejne generacje układów detekcji podczerwieni, takim jak niskie zużycie energii, niewielkie rozmiary, niski koszt i wysoka wydajność.
Niedawno zespoły badawcze z Chin i Szwecji zaproponowały nowatorski, samosterujący, heterozłączowy układ detekcji fotoelektrycznej w zakresie fal krótkich (SWIR) oparty na warstwach grafenu nanoribbon (GNR)/tlenku glinu/monokrystalicznego krzemu. Pod wpływem połączonego efektu bramkowania optycznego, wywoływanego przez heterogeniczny interfejs i wbudowane pole elektryczne, układ wykazał ultrawysoką czułość i wydajność detekcji przy zerowym napięciu polaryzacji. Układ detekcji fotoelektrycznej charakteryzuje się szybkością reakcji A sięgającą 75,3 A/W w trybie samosterującym, szybkością detekcji 7,5 × 10¹⁴ Jonesa i zewnętrzną wydajnością kwantową bliską 104%, co poprawia wydajność detekcji tego samego typu układów opartych na krzemie o rekordowe 7 rzędów wielkości. Ponadto, w konwencjonalnym trybie sterowania, szybkość reakcji, szybkość detekcji i zewnętrzna wydajność kwantowa układu sięgają odpowiednio 843 A/W, 10¹⁵ Jonesa i 105%, co stanowi najwyższe wartości odnotowane w obecnych badaniach. Jednocześnie badania te zademonstrowały również praktyczne zastosowanie układu detekcji fotoelektrycznej w dziedzinie komunikacji optycznej i obrazowania w podczerwieni, podkreślając jego ogromny potencjał aplikacyjny.
Aby systematycznie badać parametry fotoelektryczne fotodetektora opartego na monokrystalicznym krzemie z nanowstążkami grafenowymi /Al₂O₃/, naukowcy przetestowali jego charakterystyki statyczne (krzywa prądowo-napięciowa) i dynamiczne (krzywa prądowo-czasowa). Aby systematycznie ocenić charakterystyki odpowiedzi optycznej fotodetektora z heterostruktury monokrystalicznego krzemu z nanowstążkami grafenowymi /Al₂O₃/ przy różnych napięciach polaryzacji, badacze zmierzyli dynamiczną odpowiedź prądową urządzenia przy napięciach polaryzacji 0 V, -1 V, -3 V i -5 V, przy gęstości mocy optycznej 8,15 μW/cm². Prąd fotoelektryczny rośnie wraz z napięciem polaryzacji zaporowej i charakteryzuje się dużą szybkością reakcji przy wszystkich napięciach polaryzacji.
Na koniec naukowcy skonstruowali system obrazowania i z powodzeniem uzyskali autonomiczne obrazowanie w podczerwieni krótkofalowej. System działa przy zerowym napięciu polaryzacji i nie zużywa energii. Zdolność obrazowania fotodetektora została oceniona za pomocą czarnej maski z wzorem litery „T” (jak pokazano na rysunku 1).
Podsumowując, w ramach tych badań udało się stworzyć samozasilane fotodetektory oparte na nanowstążkach grafenowych i osiągnąć rekordowo wysoki wskaźnik odpowiedzi. Jednocześnie naukowcy z powodzeniem zademonstrowali możliwości komunikacji optycznej i obrazowania tego urządzenia.wysoce czuły fotodetektorTo osiągnięcie badawcze nie tylko zapewnia praktyczne podejście do rozwoju nanowstążek grafenowych i urządzeń optoelektronicznych na bazie krzemu, ale także dowodzi ich doskonałej wydajności jako samowystarczalnych fotodetektorów podczerwieni o krótkiej fali.
Czas publikacji: 28-04-2025