Düşük eşikli kızılötesiçığ fotodedektörü
Kızılötesi çığ fotodedektörü (APD fotodedektör) bir sınıfıdıryarı iletken fotoelektrik cihazlarÇarpışma iyonizasyon etkisi yoluyla yüksek kazanç üreten ve böylece az sayıda fotonun hatta tek fotonun algılanma yeteneğini sağlayan APD fotodedektör yapılarında, dengesiz taşıyıcı saçılma süreci enerji kaybına yol açar, bu nedenle çığ eşik voltajının genellikle 50-200 V'a ulaşması gerekir. Bu durum, cihazın sürüş voltajı ve okuma devresi tasarımına daha yüksek talepler getirerek maliyetleri artırır ve daha geniş uygulamaları sınırlar.
Son zamanlarda, Çinli araştırmacılar düşük çığ eşik voltajına ve yüksek hassasiyete sahip yeni bir çığ tipi yakın kızılötesi dedektör yapısı önerdi. Atomik katmanların kendi kendine katkılı homojunction yapısına dayanan çığ fotodedektörü, heterojunction'da kaçınılmaz olan arayüz kusur durumunun neden olduğu zararlı saçılmayı çözüyor. Aynı zamanda, öteleme simetrisi kırılmasıyla oluşan güçlü yerel "tepe" elektrik alanı, taşıyıcılar arasındaki Coulomb etkileşimini artırmak, düzlem dışı fonon modu baskın saçılmayı bastırmak ve dengesiz taşıyıcıların yüksek ikiye katlanma verimliliğini elde etmek için kullanılıyor. Oda sıcaklığında, eşik enerjisi teorik sınır Eg'ye (Eg, yarı iletkenin bant aralığıdır) yakındır ve kızılötesi çığ dedektörünün algılama hassasiyeti 10000 foton seviyesine kadar ulaşmaktadır.
Bu çalışma, yük taşıyıcı çığları için kazanç ortamı olarak atom katmanlı kendi kendine katkılı tungsten diselenit (WSe₂) homojunction'ı (iki boyutlu geçiş metal kalkojenit, TMD) temel almaktadır. Uzamsal öteleme simetrisinin kırılması, mutant homojunction arayüzünde güçlü bir yerel "sivri" elektrik alanı oluşturmak için bir topografik basamak mutasyonu tasarlanarak elde edilir.
Ek olarak, atomik kalınlık, fonon modunun baskın olduğu saçılma mekanizmasını bastırabilir ve çok düşük kayıpla dengesiz taşıyıcıların hızlandırılması ve çoğaltılması sürecini gerçekleştirebilir. Bu, oda sıcaklığında çığ eşik enerjisini teorik sınıra, yani yarı iletken malzemenin bant aralığı Eg'ye yaklaştırır. Çığ eşik voltajı 50 V'tan 1,6 V'a düşürüldü ve araştırmacıların çığı sürmek için olgunlaşmış düşük voltajlı dijital devreleri kullanmalarına olanak sağladı.fotodedektörAyrıca sürücü diyotları ve transistörleri de içermektedir. Bu çalışma, düşük eşik değerli çığ çoğaltma etkisinin tasarımı yoluyla dengesiz taşıyıcı enerjisinin verimli bir şekilde dönüştürülmesini ve kullanılmasını gerçekleştirerek, yeni nesil yüksek hassasiyetli, düşük eşik değerli ve yüksek kazançlı çığ kızılötesi algılama teknolojisinin geliştirilmesi için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.
Yayın tarihi: 16 Nisan 2025