Lavterskel infrarødskredfotodetektor
Den infrarøde skredfotodetektoren (APD-fotodetektor) er en klasse avhalvlederfotoelektriske enhetersom produserer høy forsterkning gjennom kollisjonsioniseringseffekten, for å oppnå deteksjonsevnen til få fotoner eller til og med enkeltfotoner. I konvensjonelle APD-fotodetektorstrukturer fører imidlertid ikke-likevektsbærerspredningsprosessen til energitap, slik at skredterskelspenningen vanligvis må nå 50–200 V. Dette stiller høyere krav til enhetens drivspenning og avlesningskretsdesign, noe som øker kostnadene og begrenser bredere bruksområder.
Nylig har kinesisk forskning foreslått en ny struktur for en nær-infrarød skredetektor med lav skredterskelspenning og høy følsomhet. Basert på den selvdopende homojunksjonen i atomlaget, løser skredfotodetektoren den skadelige spredningen indusert av grensesnittdefekttilstand som er uunngåelig i heterojunksjon. Samtidig brukes det sterke lokale "topp"-elektriske feltet indusert av translasjonssymmetribrudd til å forbedre Coulomb-interaksjonen mellom bærere, undertrykke den off-plane fononmodusdominerte spredningen og oppnå en høy doblingseffektivitet for ikke-likevektsbærere. Ved romtemperatur er terskelenergien nær den teoretiske grensen Eg (Eg er båndgapet til halvlederen), og deteksjonsfølsomheten til den infrarøde skredetektoren er opptil 10 000 fotonnivå.
Denne studien er basert på atomlags selvdopet wolframdiselenid (WSe₂) homojunksjon (todimensjonalt overgangsmetallkalkogenid, TMD) som forsterkningsmedium for ladningsbærerskred. Den romlige translasjonssymmetribrytelsen oppnås ved å designe en topografisk trinnmutasjon for å indusere et sterkt lokalt "spike"-elektrisk felt ved mutant-homojunksjonsgrensesnittet.
I tillegg kan atomtykkelsen undertrykke spredningsmekanismen dominert av fononmodusen, og realisere akselerasjons- og multiplikasjonsprosessen til ikke-likevektsbærer med svært lavt tap. Dette bringer skredterskelenergien ved romtemperatur nær den teoretiske grensen, dvs. halvledermaterialets båndgap, f.eks. Skredterskelspenningen ble redusert fra 50 V til 1,6 V, slik at forskerne kunne bruke modne lavspennings digitale kretser for å drive skredet.fotodetektorsamt driverdioder og transistorer. Denne studien realiserer effektiv konvertering og utnyttelse av ikke-likevektsbærerenergi gjennom design av lavterskel-skredmultiplikasjonseffekt, noe som gir et nytt perspektiv for utviklingen av neste generasjon av svært følsom, lavterskel- og høyforsterknings-infrarød skreddeteksjonsteknologi.
Publiseringstidspunkt: 16. april 2025