Niski próg podczerwienifotodetektor lawinowy
Fotodetektor lawinowy podczerwieni (Fotodetektor APD) jest klasąpółprzewodnikowe urządzenia fotoelektrycznektóre wytwarzają wysoki zysk poprzez efekt jonizacji kolizyjnej, tak aby osiągnąć zdolność wykrywania kilku fotonów lub nawet pojedynczych fotonów. Jednak w konwencjonalnych strukturach fotodetektorów APD proces rozpraszania nośników nierównowagowych prowadzi do utraty energii, tak że napięcie progowe lawiny zwykle musi osiągnąć 50-200 V. Stawia to wyższe wymagania na napięcie sterujące urządzenia i projekt obwodu odczytu, zwiększając koszty i ograniczając szersze zastosowania.
Ostatnio chińskie badania zaproponowały nową strukturę detektora bliskiej podczerwieni lawinowej z niskim napięciem progowym lawinowym i wysoką czułością. Oparty na samodomieszkowanym homołączu warstwy atomowej, fotodetektor lawinowy rozwiązuje szkodliwe rozpraszanie indukowane przez stan defektu interfejsu, który jest nieunikniony w heterołączu. Tymczasem silne lokalne pole elektryczne „szczytowe” indukowane przez złamanie symetrii translacyjnej jest wykorzystywane do wzmocnienia oddziaływania kulombowskiego między nośnikami, tłumienia rozpraszania zdominowanego przez tryb fononowy poza płaszczyzną i osiągnięcia wysokiej wydajności podwajania nośników nierównowagowych. W temperaturze pokojowej energia progowa jest bliska teoretycznej granicy Eg (Eg jest przerwą pasmową półprzewodnika), a czułość wykrywania detektora lawinowego w podczerwieni wynosi do poziomu 10000 fotonów.
Niniejsze badanie opiera się na homozłączu atomowo-warstwowym z samodomieszkowanego diselenku wolframu (WSe₂) (dwuwymiarowy chalkogenek metalu przejściowego, TMD) jako ośrodku wzmocnienia dla lawin nośników ładunku. Przestrzenne złamanie symetrii translacyjnej jest osiągane poprzez zaprojektowanie mutacji skoku topografii w celu wywołania silnego lokalnego pola elektrycznego „kolca” na interfejsie homozłącza mutanta.
Ponadto grubość atomowa może tłumić mechanizm rozpraszania zdominowany przez tryb fononowy i realizować proces przyspieszania i mnożenia nośnika nierównowagowego z bardzo niską stratą. To powoduje, że energia progowa lawiny w temperaturze pokojowej zbliża się do teoretycznego limitu, tj. przerwy energetycznej materiału półprzewodnikowego. Np. Napięcie progowe lawiny zostało zmniejszone z 50 V do 1,6 V, co pozwoliło badaczom na wykorzystanie dojrzałych obwodów cyfrowych niskiego napięcia do napędzania lawiny.fotodetektora także diody napędowe i tranzystory. W niniejszym badaniu zrealizowano wydajną konwersję i wykorzystanie energii nośników nierównowagowych poprzez zaprojektowanie efektu mnożenia lawin o niskim progu, co zapewnia nową perspektywę dla rozwoju następnej generacji wysoce czułej, nisko progowej i wysoko wzmocnionej technologii wykrywania lawin w podczerwieni.
Czas publikacji: 16-kwi-2025