Nowe badania nad niskowymiarowym fotodetektorem lawinowym
Wysoka czułość detekcji technologii kilkufotonowych, a nawet jednofotonowych, stwarza znaczące perspektywy zastosowań w takich dziedzinach jak obrazowanie w słabym świetle, teledetekcja i telemetria, a także komunikacja kwantowa. Wśród nich fotodetektory lawinowe (APD) stały się ważnym kierunkiem badań nad urządzeniami optoelektronicznymi ze względu na ich niewielkie rozmiary, wysoką wydajność i łatwą integrację. Stosunek sygnału do szumu (SNR) jest ważnym wskaźnikiem fotodetektora APD, który wymaga wysokiego wzmocnienia i niskiego prądu ciemnego. Badania nad dwuwymiarowymi (2D) heterozłączami van der Waalsa wskazują na szerokie perspektywy rozwoju wysokowydajnych APD. Naukowcy z Chin wybrali bipolarny, dwuwymiarowy materiał półprzewodnikowy WSe₂ jako materiał światłoczuły i starannie przygotowali strukturę Pt/WSe₂/Ni.Fotodetektor APDz najlepiej dopasowaną funkcją pracy, aby rozwiązać nieodłączny problem szumu wzmocnienia tradycyjnego APD.
Naukowcy zaproponowalifotodetektor lawinowyOparty na strukturze Pt/WSe₂/Ni, zapewnia wysoką czułość detekcji ekstremalnie słabych sygnałów świetlnych na poziomie fW w temperaturze pokojowej. Wybrali dwuwymiarowy materiał półprzewodnikowy WSe₂, który charakteryzuje się doskonałymi właściwościami elektrycznymi, i połączyli go z materiałami elektrodowymi Pt i Ni, aby z powodzeniem opracować nowy typ fotodetektora lawinowego. Dzięki precyzyjnej optymalizacji dopasowania funkcji pracy między Pt, WSe₂ i Ni, opracowano mechanizm transportu, który może skutecznie blokować ciemne nośniki, jednocześnie selektywnie przepuszczając nośniki fotogenerowane. Mechanizm ten znacząco redukuje nadmierny szum spowodowany jonizacją zderzeniową nośników, umożliwiając fotodetektorowi osiągnięcie wysokiej czułości detekcji sygnału optycznego przy wyjątkowo niskim poziomie szumów.
W badaniu tym wykazano kluczową rolę inżynierii materiałowej i optymalizacji interfejsów w zwiększaniu wydajnościfotodetektoryDzięki pomysłowej konstrukcji elektrod i materiałów dwuwymiarowych uzyskano efekt ekranowania ciemnych nośników, co znacząco redukuje zakłócenia i dodatkowo poprawia wydajność detekcji. Wydajność tego detektora znajduje odzwierciedlenie nie tylko w jego właściwościach fotoelektrycznych, ale ma również szerokie perspektywy zastosowania. Dzięki skutecznemu blokowaniu prądu ciemnego w temperaturze pokojowej i efektywnej absorpcji nośników fotogenerowanych, ten fotodetektor jest szczególnie odpowiedni do wykrywania słabych sygnałów świetlnych w takich dziedzinach jak monitoring środowiska, obserwacje astronomiczne i komunikacja optyczna. To osiągnięcie badawcze nie tylko dostarcza nowych pomysłów na rozwój fotodetektorów z materiałów niskowymiarowych, ale także oferuje nowe odniesienia dla przyszłych badań i rozwoju wysokowydajnych i energooszczędnych urządzeń optoelektronicznych.
Czas publikacji: 27-08-2025