Биполярлы екі өлшемді көшкіннің фотодетекторы

Биполярлық екі өлшемдіқар көшкіні фотодетекторы

Биполярлы екі өлшемді көшкіннің фотодетекторы (APD фотодетекторы) өте төмен шу мен жоғары сезімталдықты анықтауға қол жеткізеді

Бірнеше фотонды немесе тіпті бір фотонды жоғары сезімталдықпен анықтау әлсіз жарықты бейнелеу, қашықтықтан зондтау және телеметрия және кванттық байланыс сияқты салаларда маңызды қолдану перспективаларына ие. Олардың ішінде көшкін фотодетекторы (APD) шағын өлшемді, жоғары тиімділік және оңай біріктіру сипаттамаларына байланысты оптоэлектрондық құрылғыларды зерттеу саласындағы маңызды бағыт болды. Сигнал-шу қатынасы (SNR) APD фотодетекторының маңызды көрсеткіші болып табылады, ол жоғары күшейтуді және төмен қараңғы токты қажет етеді. Ван дер Ваальс бойынша екі өлшемді (2D) материалдардың гетеройындары бойынша жүргізілген зерттеулер өнімділігі жоғары APD дамытудың кең перспективаларын көрсетеді. Қытайдан келген зерттеушілер фотосезімтал материал ретінде биполярлы екі өлшемді жартылай өткізгіш WSe₂ материалын таңдады және дәстүрлі APD фотодетекторына тән шуыл мәселесін шешу үшін ең жақсы сәйкес жұмыс функциясы бар Pt/WSe₂/Ni құрылымы бар APD фотодетекторын мұқият дайындады.

Зерттеу тобы Pt/WSe₂/Ni құрылымына негізделген көшкін фотодетекторын ұсынды, ол бөлме температурасында fW деңгейінде өте әлсіз жарық сигналдарын жоғары сезімталдықпен анықтауға қол жеткізді. Олар тамаша электрлік қасиеттері бар WSe₂ екі өлшемді жартылай өткізгіш материалды таңдап, Pt және Ni электрод материалдарын біріктіріп, көшкіннің фотодетекторының жаңа түрін сәтті әзірледі. Pt, WSe₂ және Ni арасындағы сәйкес жұмыс функциясын дәл оңтайландыру арқылы фотогенерацияланған тасымалдаушылардың өтуіне таңдаулы түрде рұқсат бере отырып, қараңғы тасымалдаушыларды тиімді блоктай алатын тасымалдау механизмі әзірленді. Бұл механизм фотодетекторға өте төмен шу деңгейінде жоғары сезімталдықты оптикалық сигналды анықтауға қол жеткізуге мүмкіндік беретін тасымалдаушының соққы ионизациясынан туындаған шамадан тыс шуды айтарлықтай азайтады.

Содан кейін, әлсіз электр өрісінен туындаған көшкін әсерінің механизмін түсіндіру үшін зерттеушілер бастапқыда әртүрлі металдардың WSe₂-ге тән жұмыс функцияларының үйлесімділігін бағалады. Әртүрлі металл электродтары бар металл-жартылай өткізгіш-металл (МСМ) құрылғыларының сериясы жасалып, оларда тиісті сынақтар жүргізілді. Сонымен қатар, көшкін басталғанға дейін тасымалдаушылардың шашырауын азайту арқылы соққы ионизациясының кездейсоқтығын азайтуға болады, осылайша шуды азайтады. Сондықтан тиісті сынақтар жүргізілді. Pt/WSe₂/Ni APD уақыттық жауап беру сипаттамалары бойынша артықшылығын одан әрі көрсету үшін зерттеушілер әр түрлі фотоэлектрлік күшейту мәндері кезінде құрылғының -3 дБ өткізу қабілетін бағалады.

Эксперименттік нәтижелер Pt/WSe₂/Ni детекторының бөлме температурасында 8,07 фВт/√Гц болатын өте төмен шу эквиваленттік қуатын (NEP) көрсететінін көрсетеді. Бұл детектор өте әлсіз оптикалық сигналдарды анықтай алатынын білдіреді. Сонымен қатар, бұл құрылғы 5×10⁵ жоғары күшейтумен 20 кГц модуляция жиілігінде тұрақты жұмыс істей алады, бұл жоғары кіріс пен өткізу қабілеттілігін теңестіру қиын дәстүрлі фотоэлектрлік детекторлардың техникалық қиындығын сәтті шеше алады. Бұл мүмкіндік оған жоғары кіріс пен төмен шуды қажет ететін қолданбаларда маңызды артықшылықтар береді деп күтілуде.

Бұл зерттеу материалды жобалаудың және интерфейсті оңтайландырудың өнімділігін арттырудағы шешуші рөлін көрсетедіфотодетекторлар. Электродтар мен екі өлшемді материалдардың керемет дизайны арқылы шудың кедергісін айтарлықтай төмендететін және анықтау тиімділігін одан әрі жақсартатын қараңғы тасымалдағыштардың қорғаныс әсеріне қол жеткізілді.

Бұл детектордың өнімділігі фотоэлектрлік сипаттамаларда ғана көрініп қоймайды, сонымен қатар кең қолдану перспективаларына ие. Бөлме температурасында қараңғы токты тиімді блоктау және фотогенерацияланған тасымалдаушыларды тиімді сіңіру арқылы бұл детектор қоршаған ортаны бақылау, астрономиялық бақылау және оптикалық байланыс сияқты салаларда әлсіз жарық сигналдарын анықтау үшін өте қолайлы. Бұл зерттеу жетістігі аз өлшемді материалды фотодетекторларды жасау үшін жаңа идеяларды ғана емес, сонымен қатар жоғары өнімді және төмен қуатты оптоэлектрондық құрылғыларды болашақта зерттеу және әзірлеу үшін жаңа анықтамаларды ұсынады.