Düşük eşikli kızılötesiçığ fotodetektörü
Kızılötesi çığ fotodetektörü (APD fotodedektörü) bir sınıftıryarı iletken fotoelektrik cihazlarçarpışma iyonizasyon etkisi ile yüksek kazanç üreten, böylece birkaç fotonun veya hatta tek fotonun tespit kabiliyetini elde eden. Ancak, geleneksel APD fotodedektör yapılarında, denge dışı taşıyıcı saçılması süreci enerji kaybına yol açar, böylece çığ eşiği voltajının genellikle 50-200 V'a ulaşması gerekir. Bu, cihazın sürücü voltajı ve okuma devresi tasarımı üzerinde daha yüksek talepler oluşturur, maliyetleri artırır ve daha geniş uygulamaları sınırlar.
Son zamanlarda, Çinli araştırmacılar düşük çığ eşik voltajı ve yüksek hassasiyete sahip yeni bir çığ yakın kızılötesi dedektör yapısı önerdiler. Atomik tabakanın öz katkılamalı homojunksiyonuna dayanan çığ fotodetektörü, heterojunksiyonda kaçınılmaz olan arayüz kusur durumu tarafından indüklenen zararlı saçılmayı çözer. Bu arada, çeviri simetri kırılması tarafından indüklenen güçlü yerel "tepe" elektrik alanı, taşıyıcılar arasındaki coulomb etkileşimini artırmak, düzlem dışı fonon modu hakimiyetindeki saçılmayı bastırmak ve denge dışı taşıyıcıların yüksek iki katına çıkma verimliliğini elde etmek için kullanılır. Oda sıcaklığında, eşik enerjisi teorik sınır Eg'ye yakındır (Eg, yarı iletkenin bant aralığıdır) ve kızılötesi çığ dedektörünün algılama hassasiyeti 10000 foton seviyesine kadardır.
Bu çalışma, yük taşıyıcı çığları için bir kazanç ortamı olarak atom-katmanlı kendiliğinden katkılanmış tungsten diselenid (WSe₂) homojunsiyonuna (iki boyutlu geçiş metali kalkogenür, TMD) dayanmaktadır. Uzaysal translasyonel simetri kırılması, mutant homojunsiyon arayüzünde güçlü bir yerel "sivri uç" elektrik alanı oluşturmak için bir topografya adım mutasyonu tasarlayarak elde edilir.
Ek olarak, atom kalınlığı fonon modunun baskın olduğu saçılma mekanizmasını bastırabilir ve denge dışı taşıyıcının hızlanma ve çoğalma sürecini çok düşük kayıpla gerçekleştirebilir. Bu, oda sıcaklığındaki çığ eşiği enerjisini teorik sınıra, yani yarı iletken malzeme bant aralığına yakın hale getirir. Örneğin, çığ eşiği voltajı 50 V'tan 1,6 V'a düşürüldü ve araştırmacıların çığı sürmek için olgun düşük voltajlı dijital devreler kullanmalarına olanak sağladıfotodedektörve diyotları ve transistörleri sürmek için. Bu çalışma, düşük eşikli çığ çoğaltma etkisinin tasarımı yoluyla denge dışı taşıyıcı enerjisinin verimli bir şekilde dönüştürülmesini ve kullanılmasını gerçekleştirir ve bu da yeni nesil yüksek hassasiyetli, düşük eşikli ve yüksek kazançlı çığ kızılötesi algılama teknolojisinin geliştirilmesi için yeni bir bakış açısı sağlar.
Gönderi zamanı: 16-Nis-2025