Жоғары өнімді өздігінен жүретінинфрақызыл фотодетектор
инфрақызылфотодетекторкүшті кедергіге қарсы қабілет, күшті нысананы тану қабілеті, барлық ауа райында жұмыс істеу және жақсы жасыру сипаттамаларына ие. Ол медицина, әскери, ғарыш технологиясы және қоршаған ортаны қорғау инженериясы сияқты салаларда барған сайын маңызды рөл атқарып келеді. Олардың ішінде өзін-өзі басқаратынфотоэлектрлік анықтауСыртқы қосымша қуат көзінсіз тәуелсіз жұмыс істей алатын чип инфрақызыл анықтау саласында өзінің ерекше өнімділігіне (мысалы, энергия тәуелсіздігі, жоғары сезімталдық және тұрақтылық және т.б.) байланысты кеңінен назар аударды. Керісінше, кремний негізіндегі немесе тар жолақты жартылай өткізгіш негізіндегі инфрақызыл чиптер сияқты дәстүрлі фотоэлектрлік анықтау чиптері фототоктарды өндіру үшін фотогенерацияланған тасымалдаушылардың бөлінуін қамтамасыз ету үшін қосымша ығысу кернеулерін қажет етіп қана қоймай, сонымен қатар жылулық шуды азайту және жауап беруді жақсарту үшін қосымша салқындату жүйелерін қажет етеді. Сондықтан болашақта инфрақызыл анықтау чиптерінің келесі буынының жаңа тұжырымдамалары мен талаптарын, мысалы, төмен қуат тұтынуы, шағын өлшемі, төмен құны және жоғары өнімділігін қанағаттандыру қиынға соқты.
Жақында Қытай мен Швецияның зерттеу топтары графен нанорибоны (GNR) пленкаларына/глинозем/монокристалды кремнийге негізделген жаңа түйреуішті гетероөткізгішті өздігінен басқарылатын қысқа толқынды инфрақызыл (SWIR) фотоэлектрлік анықтау чипін ұсынды. Гетерогенді интерфейс пен кіріктірілген электр өрісі тудыратын оптикалық қақпақ әсерінің біріктірілген әсерінен чип нөлдік ығысу кернеуінде аса жоғары жауап беру және анықтау өнімділігін көрсетті. Фотоэлектрлік анықтау чипінің өздігінен басқарылатын режимде А жауап беру жылдамдығы 75,3 А/Вт дейін, анықтау жылдамдығы 7,5 × 10¹⁴ Джонс және сыртқы кванттық тиімділік 104%-ға жақын, бұл кремний негізіндегі чиптердің бірдей типтегі анықтау өнімділігін рекордтық 7 есеге арттырады. Сонымен қатар, дәстүрлі жетек режимінде чиптің жауап беру жылдамдығы, анықтау жылдамдығы және сыртқы кванттық тиімділік сәйкесінше 843 А/Вт, 10¹⁵ Джонс және 105%-ға дейін жетеді, бұл қазіргі зерттеулерде хабарланған ең жоғары мәндер. Сонымен қатар, бұл зерттеу фотоэлектрлік анықтау чипінің оптикалық байланыс және инфрақызыл бейнелеу салаларында нақты қолданылуын көрсетті, бұл оның үлкен қолдану әлеуетін атап өтті.
Графен нанораблондары /Al₂O₃/ монокристалды кремний негізіндегі фотодетектордың фотоэлектрлік өнімділігін жүйелі түрде зерттеу мақсатында зерттеушілер оның статикалық (ток-кернеу қисығы) және динамикалық сипаттамалық жауаптарын (ток-уақыт қисығы) тексерді. Әртүрлі ығысу кернеулері кезінде графен нанораблондары /Al₂O₃/ монокристалды кремний гетероқұрылымды фотодетектордың оптикалық жауап сипаттамаларын жүйелі түрде бағалау үшін зерттеушілер құрылғының динамикалық ток реакциясын 0 В, -1 В, -3 В және -5 В ығысуларында өлшеді, оптикалық қуат тығыздығы 8,15 мкВт/см² болды. Фототок кері ығысумен артады және барлық ығысу кернеулерінде жылдам жауап беру жылдамдығын көрсетеді.
Соңында, зерттеушілер бейнелеу жүйесін жасап шығарды және қысқа толқынды инфрақызыл сәулелерді өздігінен бейнелеуге сәтті қол жеткізді. Жүйе нөлдік ығысу жағдайында жұмыс істейді және мүлдем энергия тұтынбайды. Фотодетектордың бейнелеу мүмкіндігі «T» әрпі бар қара масканы пайдалану арқылы бағаланды (1-суретте көрсетілгендей).
Қорытындылай келе, бұл зерттеу графен нанораблондарына негізделген өздігінен жұмыс істейтін фотодетекторларды сәтті жасап шығарды және рекордтық жоғары жауап беру жылдамдығына қол жеткізді. Сонымен қатар, зерттеушілер мұның оптикалық байланыс және бейнелеу мүмкіндіктерін сәтті көрсетті.жоғары сезімтал фотодетекторБұл зерттеу жетістігі графен нанораблондары мен кремний негізіндегі оптоэлектрондық құрылғыларды әзірлеуге практикалық тәсілді ғана емес, сонымен қатар олардың өздігінен жұмыс істейтін қысқа толқынды инфрақызыл фотодетекторлар ретіндегі тамаша жұмысын көрсетеді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 28 сәуір