Nylig foreslo et forskerteam ved Det kinesiske vitenskapsakademiet (CAS) basert på polykrystallinske galliumrike galliumoksidmaterialer (PGR-GaOX) for første gang en ny designstrategi for høy følsomhet og høy responshastighet.fotodetektorgjennom koblede grensesnittpyroelektriske og fotokonduktivitetseffekter, og den relevante forskningen ble publisert i Advanced Materials. Høyenergifotoelektriske detektorer(for dype ultrafiolette (DUV) til røntgenbånd) er kritiske innen en rekke felt, inkludert nasjonal sikkerhet, medisin og industriell vitenskap.
Nåværende halvledermaterialer som Si og α-Se har imidlertid problemer med stor lekkasjestrøm og lav røntgenabsorpsjonskoeffisient, noe som gjør det vanskelig å oppfylle behovene til høyytelsesdeteksjon. I motsetning til dette viser galliumoksidmaterialer med bredt båndgap (WBG) stort potensial for høyenergisk fotoelektrisk deteksjon. På grunn av den uunngåelige dypnivåfellen på materialsiden og mangelen på effektiv design på enhetsstrukturen, er det imidlertid utfordrende å realisere høyenergi-fotondetektorer med høy følsomhet og høy responshastighet basert på halvledere med bredt båndgap. For å møte disse utfordringene har et forskerteam i Kina for første gang designet en pyroelektrisk fotoledende diode (PPD) basert på PGR-GaOX. Ved å koble den pyroelektriske effekten av grensesnittet med fotokonduktivitetseffekten forbedres deteksjonsytelsen betydelig. PPD viste høy følsomhet for både DUV og røntgenstråler, med responsrater på opptil henholdsvis 104A/W og 105μC×Gyair-1/cm2, mer enn 100 ganger høyere enn tidligere detektorer laget av lignende materialer. I tillegg kan den pyroelektriske effekten av grensesnittet forårsaket av polarsymmetrien i PGR-GaOX-uttømmingsregionen øke detektorens responshastighet med 105 ganger, til 0,1 ms. Sammenlignet med konvensjonelle fotodioder produserer selvdrevne modus PPDS høyere forsterkning på grunn av pyroelektriske felt under lyskobling.
I tillegg kan PPD operere i bias-modus, der forsterkningen er sterkt avhengig av bias-spenningen, og ultrahøy forsterkning kan oppnås ved å øke bias-spenningen. PPD har et stort anvendelsespotensial i systemer for bildeforbedring med lavt energiforbruk og høy følsomhet. Dette arbeidet beviser ikke bare at GaOX er et lovendehøyenergi fotodetektormateriale, men gir også en ny strategi for å realisere høyytelses-høyenergi-fotodetektorer.
Publisert: 10. september 2024