Düşük eşikli kızılötesiçığ fotodetektörü
Kızılötesi çığ fotodetektörü (APD fotodedektörü) bir sınıftıryarı iletken fotoelektrik cihazlarÇarpışma iyonizasyon etkisiyle yüksek kazanç sağlayan ve böylece birkaç fotonun veya hatta tek fotonun bile algılanabilmesini sağlayan sistemlerdir. Ancak, geleneksel APD fotodedektör yapılarında, denge dışı taşıyıcı saçılması süreci enerji kaybına yol açar ve çığ eşik voltajının genellikle 50-200 V'a ulaşması gerekir. Bu durum, cihazın sürücü voltajı ve okuma devresi tasarımı üzerinde daha yüksek talepler oluşturarak maliyetleri artırır ve daha geniş uygulama alanlarını sınırlar.
Son zamanlarda, Çinli araştırmacılar, düşük çığ eşik voltajı ve yüksek hassasiyete sahip yeni bir yakın kızılötesi çığ dedektörü yapısı önermiştir. Atomik tabakanın öz katkılamalı homojunksiyon yapısına dayanan çığ fotodetektörü, heterojunksiyonda kaçınılmaz olan arayüz kusuru durumunun neden olduğu zararlı saçılmayı çözer. Bu arada, çeviri simetri kırılmasının neden olduğu güçlü yerel "tepe" elektrik alanı, taşıyıcılar arasındaki coulomb etkileşimini artırmak, düzlem dışı fonon modu baskın saçılmayı bastırmak ve denge dışı taşıyıcılarda yüksek bir iki katına çıkarma verimliliği elde etmek için kullanılır. Oda sıcaklığında, eşik enerjisi teorik sınır Eg'ye yakındır (Eg, yarı iletkenin bant aralığıdır) ve kızılötesi çığ dedektörünün algılama hassasiyeti 10.000 foton seviyesine kadardır.
Bu çalışma, yük taşıyıcı çığları için bir kazanç ortamı olarak atom katmanı öz katkılı tungsten diselenür (WSe₂) homojunsiyonuna (iki boyutlu geçiş metali kalkojenür, TMD) dayanmaktadır. Mekansal translasyonel simetri kırılması, mutant homojunsiyon arayüzünde güçlü bir yerel "sivri uç" elektrik alanı oluşturmak için bir topografya adım mutasyonu tasarlanarak elde edilir.
Ek olarak, atom kalınlığı, fonon modunun baskın olduğu saçılma mekanizmasını bastırabilir ve denge dışı taşıyıcının hızlanma ve çoğalma sürecini çok düşük bir kayıpla gerçekleştirebilir. Bu, oda sıcaklığındaki çığ eşiği enerjisini teorik sınıra, yani yarı iletken malzeme bant aralığına (örneğin) yakınlaştırır. Çığ eşiği voltajı 50 V'tan 1,6 V'a düşürüldü ve bu da araştırmacıların çığı çalıştırmak için gelişmiş düşük voltajlı dijital devreler kullanmalarına olanak sağladı.fotodedektördiyot ve transistörleri de tahrik eder. 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