Vysoce výkonný samojízdnýinfračervený fotodetektor
infračervenýfotodetektorMá vlastnosti silné odolnosti proti rušení, silné schopnosti rozpoznávání cílů, provozu za každého počasí a dobré maskování. Hraje stále důležitější roli v oblastech, jako je medicína, armáda, kosmické technologie a environmentální inženýrství. Mezi nimi jsou samohybné...fotoelektrická detekceČip, který může fungovat samostatně bez externího dodatečného napájení, přitahuje v oblasti infračervené detekce značnou pozornost díky svému jedinečnému výkonu (jako je energetická nezávislost, vysoká citlivost a stabilita atd.). Naproti tomu tradiční fotoelektrické detekční čipy, jako jsou infračervené čipy na bázi křemíku nebo polovodičů s úzkým zakázaným pásmem, nejenže vyžadují dodatečné předpětí k řízení separace fotogenerovaných nosičů za účelem výroby fotoproudů, ale také potřebují dodatečné chladicí systémy pro snížení tepelného šumu a zlepšení odezvy. Proto je v budoucnu obtížné splnit nové koncepty a požadavky infračervených detekčních čipů nové generace, jako je nízká spotřeba energie, malé rozměry, nízké náklady a vysoký výkon.
Výzkumné týmy z Číny a Švédska nedávno navrhly nový pinový heterojunkční samočinně řízený fotoelektrický detekční čip pro krátkovlnné infračervené záření (SWIR) na bázi grafenových nanopáskových (GNR) filmů/oxidu hlinitého/monokrystalického křemíku. V kombinovaném účinku optického hradlovacího efektu spouštěného heterogenním rozhraním a vestavěného elektrického pole čip prokázal ultravysokou odezvu a detekční výkon při nulovém předpětí. Fotoelektrický detekční čip má v samočinně řízeném režimu odezvu A až 75,3 A/W, detekční rychlost 7,5 × 10¹⁴ Jonesů a externí kvantovou účinnost blízkou 104 %, což zlepšuje detekční výkon stejného typu křemíkových čipů o rekordních 7 řádů. Kromě toho v konvenčním režimu řízení dosahují odezva čipu, detekční rychlost a externí kvantová účinnost až 843 A/W, 10¹⁵ Jonesů a 105 %, což jsou všechny nejvyšší hodnoty uváděné v současném výzkumu. Tento výzkum zároveň demonstroval reálné využití fotoelektrického detekčního čipu v oblasti optické komunikace a infračerveného zobrazování, čímž zdůraznil jeho obrovský aplikační potenciál.
Aby vědci systematicky studovali fotoelektrický výkon fotodetektoru založeného na grafenových nanopáscích /Al₂O₃/ monokrystalickém křemíku, testovali jeho statické (křivka proud-napětí) a dynamické charakteristické odezvy (křivka proud-čas). Pro systematické vyhodnocení optických charakteristik odezvy fotodetektoru s grafenovými nanopásky /Al₂O₃/ monokrystalickou křemíkovou heterostrukturou za různých předpětí, vědci měřili dynamickou proudovou odezvu zařízení při předpětí 0 V, -1 V, -3 V a -5 V s optickou hustotou výkonu 8,15 μW/cm². Fotoproud se zvyšuje s obráceným předpětím a vykazuje rychlou rychlost odezvy při všech předpětích.
Nakonec vědci sestrojili zobrazovací systém a úspěšně dosáhli autonomního zobrazování krátkovlnného infračerveného záření. Systém pracuje s nulovým předpětím a nemá žádnou spotřebu energie. Zobrazovací schopnost fotodetektoru byla vyhodnocena pomocí černé masky s písmenným vzorem „T“ (jak je znázorněno na obrázku 1).
Závěrem lze říci, že tento výzkum úspěšně vyrobil samonapájecí fotodetektory založené na grafenových nanopáscích a dosáhl rekordně vysoké míry odezvy. Výzkumníci zároveň úspěšně demonstrovali optické komunikační a zobrazovací schopnosti tohoto...vysoce citlivý fotodetektorTento výzkumný úspěch nejen poskytuje praktický přístup k vývoji grafenových nanopásků a optoelektronických součástek na bázi křemíku, ale také demonstruje jejich vynikající výkon jako autonomních krátkovlnných infračervených fotodetektorů.
Čas zveřejnění: 28. dubna 2025