Yeni yüksek hassasiyetli fotodetektör

Yeni yüksek hassasiyetli fotodetektör

Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi'nde (CAS) polikristalin galyum açısından zengin Galyum oksit Malzemelere (PGR-GaOX) dayanan bir araştırma ekibi, ilk kez birleştirilmiş piroelektrik arayüz aracılığıyla yüksek hassasiyet ve yüksek tepki hızına sahip yüksek fotodetektör için yeni bir tasarım stratejisi önerdi. ve fotoiletkenlik etkileri araştırıldı ve ilgili araştırma Advanced Materials'da yayınlandı. Yüksek enerjili fotoelektrik dedektörler (derin morötesinden (DUV) X-ışını bantlarına kadar) ulusal güvenlik, tıp ve endüstriyel bilim dahil olmak üzere çeşitli alanlarda kritik öneme sahiptir.

Bununla birlikte, Si ve a-Se gibi mevcut yarı iletken malzemeler, yüksek performanslı algılama ihtiyaçlarını karşılamanın zor olduğu, büyük kaçak akım ve düşük X-ışını soğurma katsayısı sorunlarına sahiptir. Buna karşılık, geniş bant aralıklı (WBG) yarı iletken galyum oksit malzemeleri, yüksek enerjili fotoelektrik algılama için büyük potansiyel gösterir. Ancak malzeme tarafında kaçınılmaz olan derin seviye tuzağı ve cihaz yapısında etkili tasarım eksikliği nedeniyle, geniş bant aralıklı yarı iletkenlere dayalı, yüksek hassasiyetli ve yüksek yanıt hızlı, yüksek enerjili foton dedektörlerinin gerçekleştirilmesi zordur. Bu zorlukların üstesinden gelmek için Çin'deki bir araştırma ekibi, ilk kez PGR-GaOX'a dayalı bir piroelektrik fotoiletken diyot (PPD) tasarladı. Arayüz piroelektrik etkisinin fotoiletkenlik etkisi ile birleştirilmesiyle algılama performansı önemli ölçüde iyileştirilir. PPD, sırasıyla 104A/W ve 105μC×Gyair-1/cm2'ye varan yanıt oranlarıyla, benzer malzemelerden yapılmış önceki dedektörlerden 100 kat daha yüksek yanıt oranlarıyla hem DUV hem de X ışınlarına karşı yüksek hassasiyet gösterdi. Ek olarak, PGR-GaOX tükenme bölgesinin kutupsal simetrisinin neden olduğu arayüzey piroelektrik etkisi, dedektörün tepki hızını 105 kat artırarak 0,1 ms'ye çıkarabilmektedir. Geleneksel fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, kendi kendine güç sağlayan PPDS modu, ışık değişimi sırasında piroelektrik alanlar nedeniyle daha yüksek kazançlar üretir.

Ek olarak PPD, kazancın öngerilim voltajına oldukça bağlı olduğu öngerilim modunda çalışabilir ve öngerilim voltajının arttırılmasıyla ultra yüksek kazanç elde edilebilir. PPD, düşük enerji tüketimi ve yüksek hassasiyetli görüntüleme geliştirme sistemlerinde büyük uygulama potansiyeline sahiptir. Bu çalışma yalnızca GaOX'un gelecek vaat eden yüksek enerjili bir fotodedektör malzemesi olduğunu kanıtlamakla kalmıyor, aynı zamanda yüksek performanslı, yüksek enerjili fotodedektörlerin gerçekleştirilmesi için yeni bir strateji sunuyor.