Bipolýar iki ölçegli gar uçguny fotodetektory

Bipolýar iki ölçegligar uçguny fotodetektory

Bipolýar iki ölçegli gar uçguny fotodetektory (APD fotodetektory) örän pes ses we ýokary duýgurlyk bilen anyklamany üpjün edýär

Az sanly fotonlaryň ýa-da hatda ýeke fotonlaryň ýokary duýgurlyk bilen anyklanmagy gowşak ýagtylyk şekillendirmesi, uzakdan duýdurma we telemetriýa, şeýle hem kwantum aragatnaşygy ýaly ugurlarda möhüm ulanyş mümkinçiliklerine eýedir. Olaryň arasynda gar uçguny fotodetektory (APD) kiçi ölçegliligi, ýokary netijeliligi we aňsat integrasiýa aýratynlyklary sebäpli optoelektron enjamlaryny öwrenmek ulgamynda möhüm ugra öwrüldi. Signal-şowhun gatnaşygy (SNR) ýokary gazanç we pes garaňky tok talap edýän APD fotodetektorynyň möhüm görkezijisidir. Iki ölçegli (2D) materiallaryň wan der Waals geterogeçişlikleri boýunça geçirilen barlaglar ýokary öndürijilikli APD-leriň işlenip düzülmeginde giň mümkinçilikleri görkezýär. Hytaýdan gelen alymlar fotosezgir material hökmünde WSe₂ bipolýar iki ölçegli ýarymgeçiriji materialyny saýladylar we däp bolan APD fotodetektorynyň içerki gazanç şowhuny meselesini çözmek üçin iň gowy gabat gelýän iş funksiýasyna eýe bolan Pt/WSe₂/Ni gurluşy bolan APD fotodetektoryny jikme-jik taýýarladylar.

Ylmy-barlag topary Pt/WSe₂/Ni gurluşyna esaslanýan gar uçguny fotodetektoryny teklip etdi, bu bolsa otagyň temperaturasynda fW derejesinde örän gowşak ýagtylyk signallaryny ýokary derejede duýgurlyk bilen anyklamagy üpjün etdi. Olar ajaýyp elektrik häsiýetlerine eýe bolan iki ölçegli ýarymgeçiriji material WSe₂-ny saýladylar we täze görnüşli gar uçguny fotodetektoryny üstünlikli işläp düzmek üçin Pt we Ni elektrod materiallaryny birleşdirdiler. Pt, WSe₂ we Ni arasyndaky iş funksiýasyny takyk optimizirlemek arkaly, fotogenerasiýa edilen daşaýjylaryň geçmegine saýlama ýol berip, garaňky daşaýjylary netijeli blokirläp bilýän daşaýjy mehanizm döredildi. Bu mehanizm daşaýjylaryň täsir ionlaşmasy sebäpli ýüze çykýan artykmaç şowhuny ep-esli azaldýar we fotodetektoryň örän pes şowhuny derejesinde ýokary derejede duýgur optiki signaly anyklamagyna mümkinçilik berýär.

Soňra, gowşak elektrik meýdanynyň döredýän gar uçgunynyň täsiriniň mehanizmini aýdyňlaşdyrmak üçin, gözlegçiler ilki bilen dürli metallaryň öz iş funksiýalarynyň WSe₂ bilen utgaşyklylygyny baha berdiler. Dürli metal elektrodlary bolan birnäçe metal-ýarymgeçiriji-metal (MSM) enjamlary öndürildi we olarda degişli synaglar geçirildi. Mundan başga-da, gar uçguny başlamazdan öň daşaýjylaryň saçramagyny azaltmak arkaly, täsir ionlaşmasynyň tötänleýinligini azaltmak we şeýdip şowhuny azaltmak mümkin. Şonuň üçin degişli synaglar geçirildi. Pt/WSe₂/Ni APD-niň wagta jogap häsiýetleri babatda artykmaçlygyny has-da görkezmek üçin gözlegçiler dürli fotoelektrik güýçlendirme gymmatlyklarynda enjamyň -3 dB geçirijilik ukybyny has-da bahaladylar.

Eksperimental netijeler Pt/WSe₂/Ni detektorynyň otagyň temperaturasynda diňe 8.07 fW/√Hz bolan örän pes ses ekwiwalent kuwwatyny (NEP) görkezýändigini görkezýär. Bu detektoryň örän gowşak optiki signallary anyklap bilýändigini aňladýar. Mundan başga-da, bu enjam 20 kHz modulýasiýa ýygylygynda 5 × 10⁵ ýokary güýçlendirme bilen durnukly işläp, ýokary güýçlendirme we geçirijilik ukybyny deňleşdirmek kyn bolan däp bolan fotowoltaik detektorlaryň tehniki kynçylyklaryny üstünlikli çözüp bilýär. Bu aýratynlygyň ýokary güýçlendirme we pes ses talap edýän ulgamlarda uly artykmaçlyklary bermegine garaşylýar.

Bu gözleg material inženerçiliginiň we interfeýs optimizasiýasynyň işiniň netijeliligini ýokarlandyrmakda möhüm rol oýnaýandygyny görkezýärfotodetektorlarElektrodlaryň we iki ölçegli materiallaryň ajaýyp dizaýny arkaly garaňky daşaýjylaryň gorag täsiri gazanyldy, bu bolsa ses päsgelçiliklerini ep-esli azaldýar we anyklaýyş netijeliligini has-da ýokarlandyrýar.

Bu detektoryň işi diňe bir fotoelektrik häsiýetnamalarynda däl, eýsem giň ulanylyş mümkinçiliklerine hem eýedir. Otag temperaturasynda garaňky toguň netijeli blokirlenmegi we fotogenerasiýa edilen daşaýjylaryň netijeli siňdirilmegi bilen, bu detektor daşky gurşawyň gözegçiligi, astronomik gözegçilik we optiki aragatnaşyk ýaly ugurlarda gowşak ýagtylyk signallaryny anyklamak üçin has amatlydyr. Bu ylmy üstünlik diňe bir pes ölçegli material fotodetektorlaryny işläp düzmek üçin täze pikirleri hödürlemek bilen çäklenmän, eýsem ýokary öndürijilikli we pes kuwwatly optoelektron enjamlaryň geljekki ylmy-barlaglary we işläp düzmeleri üçin täze salgylanmalary hem hödürleýär.