Nový výzkum nízkodimenzionálního lavinového fotodetektoru
Vysoce citlivé technologie detekce několika fotonů nebo dokonce jednotlivých fotonů mají významné aplikační perspektivy v oblastech, jako je zobrazování za slabého osvětlení, dálkový průzkum Země a telemetrie, stejně jako kvantová komunikace. Mezi nimi se lavinové fotodetektory (APD) staly důležitým směrem ve výzkumu optoelektronických zařízení díky svým malým rozměrům, vysoké účinnosti a snadné integraci. Poměr signálu k šumu (SNR) je důležitým ukazatelem APD fotodetektoru, který vyžaduje vysoký zisk a nízký temný proud. Výzkum dvourozměrného (2D) materiálu s van der Waalsovými heteropřechody ukazuje široké perspektivy ve vývoji vysoce výkonných APD. Výzkumníci z Číny zvolili bipolární dvourozměrný polovodičový materiál WSe₂ jako fotocitlivý materiál a pečlivě připravili strukturu Pt/WSe₂/Ni.APD fotodetektors nejlepší shodou pracovní funkce pro řešení problému inherentního šumu zesílení tradičních APD.
Výzkumníci navrhlilavinový fotodetektorna základě struktury Pt/WSe₂/Ni dosahují vysoce citlivé detekce extrémně slabých světelných signálů na úrovni fW při pokojové teplotě. Zvolili dvourozměrný polovodičový materiál WSe₂, který má vynikající elektrické vlastnosti, a zkombinovali ho s elektrodovými materiály Pt a Ni, aby úspěšně vyvinuli nový typ lavinového fotodetektoru. Přesnou optimalizací shody výstupní práce mezi Pt, WSe₂ a Ni byl navržen transportní mechanismus, který dokáže účinně blokovat tmavé nosiče náboje a zároveň selektivně umožňovat průchod fotogenerovaných nosičů. Tento mechanismus významně snižuje nadměrný šum způsobený ionizací nárazem nosičů náboje, což umožňuje fotodetektoru dosáhnout vysoce citlivé detekce optického signálu při extrémně nízké úrovni šumu.
Tato studie demonstruje klíčovou roli materiálového inženýrství a optimalizace rozhraní při zvyšování výkonu...fotodetektoryDíky důmyslnému designu elektrod a dvourozměrných materiálů bylo dosaženo stínící funkce tmavých nosičů náboje, což výrazně snižuje rušení šumem a dále zlepšuje účinnost detekce. Výkon tohoto detektoru se neodráží pouze v jeho fotoelektrických vlastnostech, ale má také široké aplikační perspektivy. Díky účinnému blokování tmavého proudu při pokojové teplotě a účinné absorpci fotogenerovaných nosičů je tento fotodetektor obzvláště vhodný pro detekci slabých světelných signálů v oblastech, jako je monitorování životního prostředí, astronomické pozorování a optická komunikace. Tento výzkumný úspěch nejen poskytuje nové nápady pro vývoj nízkorozměrných materiálových fotodetektorů, ale také nabízí nové reference pro budoucí výzkum a vývoj vysoce výkonných a nízkoenergetických optoelektronických zařízení.
Čas zveřejnění: 27. srpna 2025