Høytytende selvdrevet infrarød fotodetektor

Høytytende selvkjørendeinfrarød fotodetektor

infrarødfotodetektorhar egenskapene sterk anti-interferensevne, sterk målgjenkjenningsevne, allværsoperasjon og god skjuling. Den spiller en stadig viktigere rolle innen felt som medisin, militær, romteknologi og miljøteknikk. Blant dem er den selvdrevnefotoelektrisk deteksjonEn brikke som kan operere uavhengig uten en ekstern ekstra strømforsyning har fått mye oppmerksomhet innen infrarød deteksjon på grunn av sin unike ytelse (som energiuavhengighet, høy følsomhet og stabilitet, osv.). I motsetning til dette krever tradisjonelle fotoelektriske deteksjonsbrikker, som silisiumbaserte eller smalbåndgap-halvlederbaserte infrarøde brikker, ikke bare ekstra forspenninger for å drive separasjonen av fotogenererte bærere for å produsere fotostrømmer, men trenger også ekstra kjølesystemer for å redusere termisk støy og forbedre responsen. Derfor har det blitt vanskelig å møte de nye konseptene og kravene til neste generasjon infrarøde deteksjonsbrikker i fremtiden, som lavt strømforbruk, liten størrelse, lav kostnad og høy ytelse.

Nylig har forskerteam fra Kina og Sverige foreslått en ny selvdrevet kortbølget infrarød (SWIR) fotoelektrisk deteksjonsbrikke med pin heterojunksjon basert på grafen-nanobånd (GNR)-filmer/alumina/enkrystallsilisium. Under den kombinerte effekten av den optiske gating-effekten utløst av det heterogene grensesnittet og det innebygde elektriske feltet, demonstrerte brikken ultrahøy respons og deteksjonsytelse ved null forspenning. Den fotoelektriske deteksjonsbrikken har en responsrate så høy som 75,3 A/W i selvdrevet modus, en deteksjonsrate på 7,5 × 10¹⁴ Jones og en ekstern kvanteeffektivitet nær 104 %, noe som forbedrer deteksjonsytelsen til samme type silisiumbaserte brikker med rekordhøye 7 størrelsesordener. I tillegg er brikkens responsrate, deteksjonsrate og eksterne kvanteeffektivitet så høye som henholdsvis 843 A/W, 10¹⁵ Jones og 105 % under konvensjonell drivmodus, som alle er de høyeste verdiene som er rapportert i nåværende forskning. I mellomtiden demonstrerte denne forskningen også den praktiske anvendelsen av den fotoelektriske deteksjonsbrikken innen optisk kommunikasjon og infrarød avbildning, noe som fremhever dens enorme anvendelsespotensial.

For systematisk å studere den fotoelektriske ytelsen til fotodetektoren basert på grafen-nanobånd /Al₂O₃/ enkrystallinsk silisium, testet forskerne dens statiske (strøm-spenningskurve) og dynamiske karakteristiske responser (strøm-tidskurve). For å systematisk evaluere de optiske responsegenskapene til grafen-nanobånd /Al₂O₃/ monokrystallinsk silisium heterostrukturfotodetektor under forskjellige forspenninger, målte forskerne den dynamiske strømresponsen til enheten ved 0 V, -1 V, -3 V og -5 V forspenninger, med en optisk effekttetthet på 8,15 μW/cm². Fotostrømmen øker med reversforspenningen og viser en rask responshastighet ved alle forspenninger.

Til slutt produserte forskerne et bildesystem og oppnådde vellykket selvdrevet avbildning av kortbølget infrarødt. Systemet opererer under null bias og har ikke noe energiforbruk i det hele tatt. Fotodetektorens bildekapasitet ble evaluert ved hjelp av en svart maske med bokstaven «T»-mønster (som vist i figur 1).

Avslutningsvis har denne forskningen produsert selvdrevne fotodetektorer basert på grafen-nanobånd og oppnådd en rekordhøy responsrate. Samtidig demonstrerte forskerne med hell de optiske kommunikasjons- og avbildningsegenskapene til denne.svært responsiv fotodetektorDenne forskningsprestasjonen gir ikke bare en praktisk tilnærming for utvikling av grafen-nanobånd og silisiumbaserte optoelektroniske enheter, men demonstrerer også deres utmerkede ytelse som selvdrevne kortbølgede infrarøde fotodetektorer.