Биполярлық екі өлшемдікөшкін фотодетекторы
Биполярлы екі өлшемді көшкін фотодетекторы (APD фотодетекторы) өте төмен шу мен жоғары сезімталдықты анықтауға қол жеткізеді
Бірнеше фотонды немесе тіпті жеке фотонды жоғары сезімталдықпен анықтау әлсіз жарық бейнелеу, қашықтықтан зондтау және телеметрия, сондай-ақ кванттық байланыс сияқты салаларда маңызды қолдану перспективаларына ие. Олардың ішінде көшкін фотодетекторы (APD) кіші өлшемі, жоғары тиімділігі және оңай интеграциялану сипаттамаларына байланысты оптоэлектрондық құрылғыларды зерттеу саласындағы маңызды бағытқа айналды. Сигнал-шу қатынасы (SNR) жоғары күшейту және төмен қараңғы токты қажет ететін APD фотодетекторының маңызды көрсеткіші болып табылады. Екі өлшемді (2D) материалдардың ван-дер-Ваальс гетероөткізгіштерін зерттеу жоғары өнімді APD әзірлеуде кең перспективаларды көрсетеді. Қытайдан келген зерттеушілер дәстүрлі APD фотодетекторының ішкі күшейту шуы мәселесін шешу үшін ең жақсы сәйкес келетін жұмыс функциясы бар Pt/WSe₂/Ni құрылымы бар биполярлы екі өлшемді жартылай өткізгіш материал WSe₂-ны фотосезімтал материал ретінде таңдап, мұқият дайындалған APD фотодетекторын таңдады.
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 екі өлшемді жартылай өткізгіш материал WSe₂ таңдап, Pt және Ni электрод материалдарын біріктіріп, көшкін фотодетекторының жаңа түрін сәтті жасады. Pt, WSe₂ және Ni арасындағы жұмыс функциясын дәл оңтайландыру арқылы фотогенерацияланған тасымалдаушылардың өтуіне селективті түрде мүмкіндік бере отырып, қараңғы тасымалдаушыларды тиімді түрде бұғаттайтын тасымалдау механизмі жасалды. Бұл механизм тасымалдаушының соққы иондалуы тудыратын шамадан тыс шуды айтарлықтай азайтады, бұл фотодетекторға өте төмен шу деңгейінде жоғары сезімталдықтағы оптикалық сигналды анықтауға мүмкіндік береді.
Содан кейін, әлсіз электр өрісінен туындаған көшкін әсерінің механизмін анықтау үшін зерттеушілер бастапқыда әртүрлі металдардың WSe₂-мен жұмыс функцияларының үйлесімділігін бағалады. Әртүрлі металл электродтары бар бірқатар металл-жартылай өткізгіш-металл (MSM) құрылғылары жасалды және оларда тиісті сынақтар жүргізілді. Сонымен қатар, көшкін басталғанға дейін тасымалдаушылардың шашырауын азайту арқылы соққы иондалудың кездейсоқтығын азайтуға болады, осылайша шуды азайтуға болады. Сондықтан тиісті сынақтар жүргізілді. Pt/WSe₂/Ni APD уақыттық жауап сипаттамалары тұрғысынан артықшылығын одан әрі көрсету үшін зерттеушілер құрылғының -3 дБ өткізу қабілеттілігін әртүрлі фотоэлектрлік күшейту мәндерінде одан әрі бағалады.
Тәжірибелік нәтижелер Pt/WSe₂/Ni детекторының бөлме температурасында өте төмен шуыл эквивалентті қуатын (NEP) көрсететінін көрсетеді, ол тек 8,07 фВт/√Гц құрайды. Бұл детектордың өте әлсіз оптикалық сигналдарды анықтай алатынын білдіреді. Сонымен қатар, бұл құрылғы 20 кГц модуляция жиілігінде 5×10⁵ жоғары күшейту коэффициентімен тұрақты жұмыс істей алады, бұл жоғары күшейту коэффициенті мен өткізу қабілеттілігін теңестіру қиын дәстүрлі фотоэлектрлік детекторлардың техникалық кедергісін сәтті шешеді. Бұл мүмкіндік оған жоғары күшейту коэффициенті мен төмен шуды қажет ететін қолданбаларда айтарлықтай артықшылықтар береді деп күтілуде.
Бұл зерттеу материалдық инженерия мен интерфейсті оңтайландырудың өнімділікті арттырудағы маңызды рөлін көрсетедіфотодетекторларЭлектродтар мен екі өлшемді материалдардың тапқыр дизайны арқылы қараңғы тасымалдаушылардың экрандау әсеріне қол жеткізілді, бұл шу кедергісін айтарлықтай азайтып, анықтау тиімділігін одан әрі жақсартты.
Бұл детектордың жұмысы тек фотоэлектрлік сипаттамаларда ғана емес, сонымен қатар кең қолдану перспективаларына да ие. Бөлме температурасында қараңғы токты тиімді блоктау және фотогенерацияланған тасымалдаушыларды тиімді сіңіру мүмкіндігімен бұл детектор қоршаған ортаны бақылау, астрономиялық бақылау және оптикалық байланыс сияқты салаларда әлсіз жарық сигналдарын анықтауға өте қолайлы. Бұл зерттеу жетістігі төмен өлшемді материалдық фотодетекторларды әзірлеу үшін жаңа идеялар ұсынып қана қоймай, сонымен қатар жоғары өнімді және төмен қуатты оптоэлектрондық құрылғыларды болашақта зерттеу және әзірлеу үшін жаңа сілтемелер ұсынады.
Жарияланған уақыты: 18 маусым 2025 ж.