Podczerwień o niskim progufotodetektor lawinowy
Fotodetektor lawinowy na podczerwień (Fotodetektor APD) jest klasąpółprzewodnikowe urządzenia fotoelektrycznektóre generują wysokie wzmocnienie poprzez efekt jonizacji kolizyjnej, umożliwiając detekcję kilku fotonów, a nawet pojedynczych fotonów. Jednak w konwencjonalnych strukturach fotodetektorów APD, proces rozpraszania nośników w stanie nierównowagowym prowadzi do strat energii, przez co napięcie progowe lawiny zazwyczaj musi osiągnąć 50–200 V. Stawia to wyższe wymagania dotyczące napięcia sterującego i układu odczytu urządzenia, zwiększając koszty i ograniczając szersze zastosowania.
Niedawno chińskie badania zaproponowały nową strukturę detektora lawinowego bliskiej podczerwieni o niskim napięciu progowym lawinowym i wysokiej czułości. Oparty na samodomieszkowanym homozłączu warstwy atomowej, fotodetektor lawinowy eliminuje szkodliwe rozpraszanie indukowane przez defekty na interfejsie, które jest nieuniknione w heterozłączu. Jednocześnie silne lokalne pole elektryczne „szczytowe” indukowane przez złamanie symetrii translacyjnej jest wykorzystywane do wzmocnienia oddziaływania kulombowskiego między nośnikami, tłumienia rozpraszania zdominowanego przez fononowy mod poza płaszczyzną i uzyskania wysokiej wydajności podwajania nośników nierównowagowych. W temperaturze pokojowej energia progowa jest bliska teoretycznej granicy Eg (Eg to przerwa energetyczna półprzewodnika), a czułość detekcji detektora lawinowego w podczerwieni sięga poziomu 10 000 fotonów.
Niniejsze badanie opiera się na homozłączu (dwuwymiarowym chalkogenku metalu przejściowego, TMD) z domieszkowanym atomami diselku wolframu (WSe₂) jako ośrodku wzmocnienia dla lawin nośników ładunku. Przestrzenne złamanie symetrii translacyjnej uzyskuje się poprzez zaprojektowanie mutacji skokowej topografii, która indukuje silne lokalne pole elektryczne typu „pik” na granicy homozłącza mutanta.
Ponadto grubość atomowa pozwala na tłumienie mechanizmu rozpraszania zdominowanego przez mod fononowy oraz realizację procesu przyspieszania i mnożenia nośników nierównowagowych z bardzo niską stratą. To zbliża energię progu lawinowego w temperaturze pokojowej do teoretycznej granicy, tj. przerwy energetycznej materiału półprzewodnikowego, np. Napięcie progu lawinowego zostało obniżone z 50 V do 1,6 V, co pozwoliło badaczom na wykorzystanie dojrzałych niskonapięciowych obwodów cyfrowych do sterowania lawinowym.fotodetektora także diody sterujące i tranzystory. W niniejszym badaniu zrealizowano efektywną konwersję i wykorzystanie energii nośników nierównowagowych poprzez zaprojektowanie niskoprogowego efektu mnożenia lawinowego, co otwiera nowe perspektywy dla rozwoju kolejnej generacji wysoce czułej technologii detekcji lawinowej w podczerwieni o niskim progu i wysokim wzmocnieniu.
Czas publikacji: 16 kwietnia 2025 r.