Fotodetector di valanga bidimensionale bipolare

Bipolare bidimensionalefotorilevatore di valanga

U fotodetector di valanga bidimensionale bipolare (Fotodetector APD) ottene un rumore ultra bassu è una rilevazione d'alta sensibilità

A rilevazione à alta sensibilità di pochi fotoni o ancu di fotoni singuli hà impurtanti prospettive d'applicazione in campi cum'è l'imaghjini à luce debule, a teledetezione è a telemetria, è a cumunicazione quantica. Frà questi, u fotodetector di valanga (APD) hè diventatu una direzzione impurtante in u campu di a ricerca di dispositivi optoelettronici per via di e so caratteristiche di piccule dimensioni, alta efficienza è facile integrazione. U rapportu segnale-rumore (SNR) hè un indicatore impurtante di u fotodetector APD, chì richiede un guadagnu elevatu è una bassa corrente di bughjura. A ricerca nantu à l'eterogiunzioni di van der Waals di materiali bidimensionali (2D) mostra ampie prospettive in u sviluppu di APD ad alte prestazioni. I circadori cinesi anu sceltu u materiale semiconduttore bidimensionale bipolare WSe₂ cum'è materiale fotosensibile è anu preparatu meticulosamente un fotodetector APD cù una struttura Pt/WSe₂/Ni chì hà a migliore funzione di travagliu di corrispondenza, per risolve u prublema di rumore di guadagnu inerente di u fotodetector APD tradiziunale.

A squadra di ricerca hà prupostu un fotodetector di valanga basatu annantu à a struttura Pt/WSe₂/Ni, chì hà ottenutu una rilevazione altamente sensibile di signali luminosi estremamente debuli à u livellu fW à temperatura ambiente. Anu sceltu u materiale semiconduttore bidimensionale WSe₂, chì hà eccellenti proprietà elettriche, è anu cumminatu materiali d'elettrodi Pt è Ni per sviluppà cù successu un novu tipu di fotodetector di valanga. Ottimizendu precisamente a currispundenza di a funzione di travagliu trà Pt, WSe₂ è Ni, hè statu cuncipitu un mecanismu di trasportu chì pò bluccà efficacemente i purtatori scuri mentre permette selettivamente à i purtatori fotogenerati di passà. Stu mecanismu riduce significativamente u rumore eccessivu causatu da a ionizazione d'impattu di u purtatore, permettendu à u fotodetector di ottene una rilevazione di signali ottici altamente sensibile à un livellu di rumore estremamente bassu.

Dopu, per chiarificà u mecanismu daretu à l'effettu di valanga induttu da u campu elettricu debule, i circadori anu inizialmente valutatu a cumpatibilità di e funzioni di travagliu inerenti di vari metalli cù WSe₂. Una seria di dispositivi metallo-semiconduttore-metallo (MSM) cù diversi elettrodi metallici sò stati fabbricati è sò stati realizati testi pertinenti. Inoltre, riducendu a diffusione di i purtatori prima chì a valanga cumencia, l'aleatorietà di a ionizazione d'impattu pò esse mitigata, riducendu cusì u rumore. Dunque, sò stati realizati testi pertinenti. Per dimustrà ulteriormente a superiorità di Pt/WSe₂/Ni APD in termini di caratteristiche di risposta temporale, i circadori anu ulteriormente valutatu a larghezza di banda di -3 dB di u dispositivu sottu diversi valori di guadagnu fotoelettricu.

I risultati sperimentali mostranu chì u rilevatore Pt/WSe₂/Ni presenta una putenza equivalente à rumore (NEP) estremamente bassa à temperatura ambiente, chì hè solu 8,07 fW/√Hz. Questu significa chì u rilevatore pò identificà signali ottici estremamente debuli. Inoltre, questu dispositivu pò funziunà stabilmente à una frequenza di modulazione di 20 kHz cù un guadagnu elevatu di 5 × 10⁵, risolvendu cù successu u collu di buttiglia tecnicu di i rilevatori fotovoltaici tradiziunali chì sò difficiuli da equilibrà u guadagnu elevatu è a larghezza di banda. Si prevede chì sta caratteristica li furnisce vantaghji significativi in ​​applicazioni chì richiedenu un guadagnu elevatu è un rumore bassu.

Questa ricerca dimostra u rolu cruciale di l'ingegneria di i materiali è di l'ottimisazione di l'interfaccia in u miglioramentu di e prestazioni difotodetettoriGrazie à un cuncepimentu ingegnosu di l'elettrodi è di i materiali bidimensionali, hè statu ottenutu un effettu di schermatura di i purtatori scuri, riducendu significativamente l'interferenza di rumore è migliurendu ulteriormente l'efficienza di rilevazione.

A prestazione di stu detector ùn si riflette micca solu in e caratteristiche fotoelettriche, ma hà ancu ampie prospettive d'applicazione. Cù u so bloccu efficace di a corrente scura à temperatura ambiente è l'assorbimentu efficiente di i purtatori fotogenerati, stu detector hè particularmente adattatu per rilevà segnali luminosi debuli in campi cum'è u monitoraghju ambientale, l'osservazione astronomica è a cumunicazione ottica. Questa realizazione di ricerca ùn furnisce micca solu nuove idee per u sviluppu di fotodetector di materiali à bassa dimensionalità, ma offre ancu novi riferimenti per a futura ricerca è u sviluppu di dispositivi optoelettronici à alte prestazioni è bassa putenza.