Yüksek performanslı, kendi kendine gidenkızılötesi fotodedektör
kızılötesifotodedektörGüçlü parazit önleme kabiliyeti, güçlü hedef tanıma yeteneği, her türlü hava koşulunda çalışma ve iyi gizlenme özelliklerine sahiptir. Tıp, askeriye, uzay teknolojisi ve çevre mühendisliği gibi alanlarda giderek daha önemli bir rol oynamaktadır. Bunlar arasında, kendi kendine gidenfotoelektrik algılamaHarici bir ek güç kaynağı olmadan bağımsız olarak çalışabilen çip, benzersiz performansı (enerji bağımsızlığı, yüksek hassasiyet ve kararlılık vb.) nedeniyle kızılötesi algılama alanında yoğun ilgi görmüştür. Buna karşılık, silikon tabanlı veya dar bant aralıklı yarı iletken tabanlı kızılötesi çipler gibi geleneksel fotoelektrik algılama çipleri, fotoakım üretmek için fotoüretilmiş taşıyıcıların ayrılmasını sağlamak için ek ön gerilim gerilimlerinin yanı sıra, termal gürültüyü azaltmak ve tepkiyi iyileştirmek için ek soğutma sistemlerine de ihtiyaç duyar. Bu nedenle, gelecekte yeni nesil kızılötesi algılama çiplerinin düşük güç tüketimi, küçük boyut, düşük maliyet ve yüksek performans gibi yeni kavram ve gereksinimlerini karşılamak zorlaşmıştır.
Son zamanlarda, Çin ve İsveç'ten araştırma ekipleri, grafen nanoribbon (GNR) filmler/alümina/tek kristal silikon bazlı yeni bir pin heterojunction öz tahrikli kısa dalga kızılötesi (SWIR) fotoelektrik algılama çipi önerdiler. Heterojen arayüz ve yerleşik elektrik alanı tarafından tetiklenen optik geçitleme etkisinin birleşik etkisi altında, çip sıfır önyargı voltajında ultra yüksek tepki ve algılama performansı gösterdi. Fotoelektrik algılama çipi, öz tahrikli modda 75,3 A/W kadar yüksek bir A tepki oranına, 7,5 × 10¹⁴ Jones algılama oranına ve %104'e yakın bir harici kuantum verimliliğine sahip olup, aynı tip silikon tabanlı çiplerin algılama performansını rekor düzeyde 7 kat artırmıştır. Ayrıca, geleneksel sürüş modunda çipin tepki hızı, algılama hızı ve harici kuantum verimliliği sırasıyla 843 A/W, 10¹⁵ Jones ve %105 gibi yüksek değerlere ulaşmıştır; bunların hepsi mevcut araştırmalarda bildirilen en yüksek değerlerdir. Bu araştırma, fotoelektrik algılama çipinin optik iletişim ve kızılötesi görüntüleme alanlarında gerçek dünyadaki uygulamasını da göstererek, çipin muazzam uygulama potansiyelini vurgulamıştır.
Grafen nanoribbon /Al₂O₃/ tek kristal silikon tabanlı fotodetektörün fotoelektrik performansını sistematik olarak incelemek için araştırmacılar, statik (akım-gerilim eğrisi) ve dinamik karakteristik tepkilerini (akım-zaman eğrisi) test ettiler. Grafen nanoribbon /Al₂O₃/ monokristal silikon heteroyapılı fotodetektörün farklı öngerilim gerilimleri altındaki optik tepki özelliklerini sistematik olarak değerlendirmek için araştırmacılar, cihazın dinamik akım tepkisini 0 V, -1 V, -3 V ve -5 V öngerilimlerinde ve 8,15 μW/cm² optik güç yoğunluğunda ölçtüler. Fotoakım, ters öngerilim ile artar ve tüm öngerilim gerilimlerinde hızlı bir tepki hızı gösterir.
Son olarak, araştırmacılar bir görüntüleme sistemi geliştirdiler ve kısa dalga kızılötesinin kendi kendine güç sağlayan görüntülenmesini başarıyla gerçekleştirdiler. Sistem sıfır sapma altında çalışıyor ve hiç enerji tüketmiyor. Fotodedektörün görüntüleme kabiliyeti, "T" harfi desenli siyah bir maske kullanılarak değerlendirildi (Şekil 1'de gösterildiği gibi).
Sonuç olarak, bu araştırma, grafen nanobantlara dayalı kendi kendine güç sağlayan fotodedektörleri başarıyla üretti ve rekor kıran yüksek bir tepki oranına ulaştı. Bu arada, araştırmacılar bu dedektörün optik iletişim ve görüntüleme yeteneklerini başarıyla kanıtladılar.son derece duyarlı fotodedektörBu araştırma başarısı, grafen nanobantların ve silikon tabanlı optoelektronik cihazların geliştirilmesi için pratik bir yaklaşım sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda kendi kendine güç sağlayan kısa dalga kızılötesi fotodedektörler olarak mükemmel performanslarını da göstermektedir.
Gönderi zamanı: 28 Nis 2025