Bipolare twadiminsjonalelawine fotodetektor
De bipolare twadiminsjonale lawinefotodetektor (APD-fotodetektor) berikt ultra-lege rûs en hege gefoelichheidsdeteksje
Hege-gefoelige deteksje fan in pear fotonen of sels ienige fotonen hat wichtige tapassingsperspektiven yn fjilden lykas swak ljochtôfbylding, ôfstânswaarneming en telemetrie, en kwantumkommunikaasje. Under harren is de lawinefotodetektor (APD) in wichtige rjochting wurden op it mêd fan ûndersyk nei opto-elektronyske apparaten fanwegen syn skaaimerken fan lytse grutte, hege effisjinsje en maklike yntegraasje. De signaal-ruisferhâlding (SNR) is in wichtige yndikator fan in APD-fotodetektor, dy't in hege fersterking en lege tsjustere stroom fereasket. It ûndersyk nei van der Waals heterojunctions fan twadiminsjonale (2D) materialen lit brede perspektiven sjen yn 'e ûntwikkeling fan hege-prestaasjes APD's. Undersykers út Sina keazen bipolêr twadiminsjonaal healgeleidermateriaal WSe₂ as it ljochtgefoelige materiaal en sekuer tariede in APD-fotodetektor mei in Pt/WSe₂/Ni-struktuer dy't de bêste oerienkommende wurkfunksje hat, om it ynherinte fersterkingrûsprobleem fan 'e tradisjonele APD-fotodetektor op te lossen.
It ûndersyksteam stelde in lawinefotodetektor foar basearre op 'e Pt/WSe₂/Ni-struktuer, dy't tige gefoelige deteksje fan ekstreem swakke ljochtsignalen op it fW-nivo by keamertemperatuer berikte. Se selektearren it twadiminsjonale healgeleidermateriaal WSe₂, dat poerbêste elektryske eigenskippen hat, en kombinearren Pt- en Ni-elektrodematerialen om mei súkses in nij type lawinefotodetektor te ûntwikkeljen. Troch de wurkfunksje-oerienkomst tusken Pt, WSe₂ en Ni presys te optimalisearjen, waard in transportmeganisme ûntworpen dat donkere dragers effektyf kin blokkearje, wylst fotogenerearre dragers selektyf trochlitte. Dit meganisme ferminderet de oermjittige lûd feroarsake troch dragers-ynfloedionisaasje signifikant, wêrtroch't de fotodetektor tige gefoelige optyske sinjaaldeteksje kin berikke by in ekstreem leech lûdsnivo.
Doe, om it meganisme efter it lawine-effekt feroarsake troch it swakke elektryske fjild te ferdúdlikjen, evaluearren de ûndersikers yn earste ynstânsje de kompatibiliteit fan 'e ynherinte wurkfunksjes fan ferskate metalen mei WSe₂. In searje metaal-healgelieder-metaal (MSM) apparaten mei ferskate metaalelektroden waarden makke en relevante testen waarden derop útfierd. Derneist, troch it ferminderjen fan dragerfersprieding foardat de lawine begjint, kin de willekeurigens fan ympaktionisaasje wurde fermindere, wêrtroch't lûd wurdt fermindere. Dêrom waarden relevante testen útfierd. Om de superioriteit fan Pt/WSe₂/Ni APD fierder te demonstrearjen yn termen fan tiidreaksjekarakteristiken, evaluearren ûndersikers fierder de -3 dB bânbreedte fan it apparaat ûnder ferskate fotoelektryske fersterkingswearden.
De eksperimintele resultaten litte sjen dat de Pt/WSe₂/Ni-detektor in ekstreem leech rûs-ekwivalintfermogen (NEP) sjen lit by keamertemperatuer, dat is mar 8,07 fW/√Hz. Dit betsjut dat de detektor ekstreem swakke optyske sinjalen kin identifisearje. Derneist kin dit apparaat stabyl wurkje by in modulaasjefrekwinsje fan 20 kHz mei in hege fersterking fan 5 × 10⁵, wêrtroch't de technyske knelpunt fan tradisjonele fotovoltaïske detektors mei súkses oplost wurdt, dy't lestich binne om hege fersterking en bânbreedte te balansearjen. Dizze funksje wurdt ferwachte wichtige foardielen te jaan yn tapassingen dy't hege fersterking en leech rûs fereaskje.
Dit ûndersyk lit de krúsjale rol sjen fan materiaaltechnyk en ynterface-optimalisaasje by it ferbetterjen fan prestaasjes fanfotodetektorsTroch ynventyf ûntwerp fan elektroden en twadiminsjonale materialen is in ôfskermjend effekt fan tsjustere ladingsdragers berikt, wêrtroch't lûdsynterferinsje signifikant fermindere wurdt en de deteksje-effisjinsje fierder ferbettere wurdt.
De prestaasjes fan dizze detektor wurde net allinich wjerspegele yn 'e fotoelektryske skaaimerken, mar hat ek brede tapassingsperspektiven. Mei syn effektive blokkearjen fan tsjustere stroom by keamertemperatuer en effisjinte absorpsje fan fotogenerearre ladingsdragers, is dizze detektor benammen geskikt foar it detektearjen fan swakke ljochtsignalen yn fjilden lykas miljeumonitoring, astronomyske observaasje en optyske kommunikaasje. Dizze ûndersyksprestaasje leveret net allinich nije ideeën foar de ûntwikkeling fan leechdimensjonale materiaalfotodetektors, mar biedt ek nije referinsjes foar takomstich ûndersyk en ûntwikkeling fan hege prestaasjes en leech-enerzjy opto-elektronyske apparaten.
Pleatsingstiid: 18 juny 2025