Nízkoprahové infračervené zářenílavinový fotodetektor
Infračervený lavinový fotodetektor (APD fotodetektor) je třídapolovodičová fotoelektrická zařízeníkteré produkují vysoký zisk díky efektu kolizní ionizace, aby se dosáhlo detekční schopnosti malého počtu fotonů nebo dokonce jednotlivých fotonů. U konvenčních APD fotodetektorových struktur však proces rozptylu nosičů v nerovnovážném stavu vede ke ztrátě energie, takže prahové napětí laviny obvykle musí dosáhnout 50–200 V. To klade vyšší nároky na budicí napětí zařízení a návrh čtecího obvodu, což zvyšuje náklady a omezuje širší aplikace.
Čínský výzkum nedávno navrhl novou strukturu lavinového detektoru v blízkém infračerveném záření s nízkým prahovým napětím laviny a vysokou citlivostí. Lavinový fotodetektor, založený na samodopování homojunkce atomové vrstvy, řeší škodlivý rozptyl indukovaný defektním stavem rozhraní, který je v heterojunkci nevyhnutelný. Silné lokální „vrcholové“ elektrické pole indukované narušením translační symetrie se zároveň používá ke zvýšení coulombovské interakce mezi nosiči, potlačení rozptylu ovládaného fononovým módem mimo rovinu a dosažení vysoké účinnosti zdvojnásobení nerovnovážných nosičů. Při pokojové teplotě je prahová energie blízká teoretickému limitu Eg (Eg je šířka zakázaného pásma polovodiče) a detekční citlivost infračerveného lavinového detektoru je až na úrovni 10 000 fotonů.
Tato studie je založena na homojunkci (dvourozměrný chalkogenid přechodného kovu, TMD) s vlastním dopováním atomární vrstvy wolframdiselenidu (WSe₂) jako zesilovacím médiu pro laviny nosičů náboje. Prostorového narušení translační symetrie je dosaženo návrhem stupňovité mutace topografie, která indukuje silné lokální „hrotové“ elektrické pole na rozhraní mutantní homojunkce.
Kromě toho může atomová tloušťka potlačit mechanismus rozptylu, v němž dominuje fononový mód, a realizovat proces urychlení a násobení nerovnovážných nosičů s velmi nízkými ztrátami. To přibližuje energii prahu laviny při pokojové teplotě k teoretickému limitu, tj. k zakázanému pásmu polovodičového materiálu, např. Napětí prahu laviny bylo sníženo z 50 V na 1,6 V, což umožňuje vědcům použít vyspělé nízkonapěťové digitální obvody k řízení laviny.fotodetektorstejně jako budicí diody a tranzistory. Tato studie realizuje efektivní přeměnu a využití energie nerovnovážných nosičů náboje prostřednictvím návrhu nízkoprahového multiplikačního efektu lavin, který poskytuje novou perspektivu pro vývoj nové generace vysoce citlivé, nízkoprahové a vysoce ziskové technologie infračervené detekce lavin.
Čas zveřejnění: 16. dubna 2025