Bipolari bidimensjonalifotoditekter tal-valangi
Il-fotoditekter tal-valangi bipolari bidimensjonali (Fotoditekter tal-APD) jikseb ħoss ultra-baxx u skoperta ta' sensittività għolja
L-iskoperta b'sensittività għolja ta' ftit fotoni jew saħansitra fotoni singoli għandha prospetti ta' applikazzjoni importanti f'oqsma bħall-immaġini b'dawl dgħajjef, it-telerilevament u t-telemetrija, u l-komunikazzjoni kwantistika. Fost dawn, il-fotoditekter tal-valangi (APD) sar direzzjoni importanti fil-qasam tar-riċerka dwar apparati optoelettroniċi minħabba l-karatteristiċi tiegħu ta' daqs żgħir, effiċjenza għolja u integrazzjoni faċli. Il-proporzjon sinjal-ħoss (SNR) huwa indikatur importanti tal-fotoditekter APD, li jeħtieġ qligħ għoli u kurrent mudlam baxx. Ir-riċerka dwar l-eteroġunzjonijiet van der Waals ta' materjali bidimensjonali (2D) turi prospetti wesgħin fl-iżvilupp ta' APDs ta' prestazzjoni għolja. Riċerkaturi miċ-Ċina għażlu materjal semikonduttur bipolari bidimensjonali WSe₂ bħala l-materjal fotosensittiv u ppreparaw bir-reqqa fotoditekter APD bi struttura Pt/WSe₂/Ni li għandha l-aħjar funzjoni ta' xogħol ta' tqabbil, sabiex isolvu l-problema inerenti tal-ħoss tal-qligħ tal-fotoditekter APD tradizzjonali.
It-tim tar-riċerka ppropona fotoditekter tal-valangi bbażat fuq l-istruttura Pt/WSe₂/Ni, li kiseb skoperta sensittiva ħafna ta' sinjali tad-dawl dgħajfa ħafna fil-livell fW f'temperatura tal-kamra. Huma għażlu l-materjal semikonduttur bidimensjonali WSe₂, li għandu proprjetajiet elettriċi eċċellenti, u kkombinaw materjali tal-elettrodi Pt u Ni biex jiżviluppaw b'suċċess tip ġdid ta' fotoditekter tal-valangi. Billi ottimizzaw b'mod preċiż it-tqabbil tal-funzjoni tax-xogħol fost Pt, WSe₂ u Ni, ġie ddisinjat mekkaniżmu ta' trasport li jista' jimblokka b'mod effettiv it-trasportaturi skuri filwaqt li jippermetti b'mod selettiv lit-trasportaturi fotoġenerati jgħaddu. Dan il-mekkaniżmu jnaqqas b'mod sinifikanti l-istorbju eċċessiv ikkawżat mill-jonizzazzjoni tal-impatt tat-trasportatur, u jippermetti li l-fotoditekter jikseb skoperta ta' sinjali ottiċi sensittivi ħafna f'livell ta' storbju baxx ħafna.
Imbagħad, sabiex jiċċaraw il-mekkaniżmu wara l-effett tal-valanga kkawżat mill-kamp elettriku dgħajjef, ir-riċerkaturi inizjalment evalwaw il-kompatibilità tal-funzjonijiet tax-xogħol inerenti ta' diversi metalli mal-WSe₂. Ġew iffabbrikati serje ta' apparati metall-semikonduttur-metall (MSM) b'elettrodi tal-metall differenti u twettqu testijiet rilevanti fuqhom. Barra minn hekk, billi jitnaqqas it-tifrix tat-trasportatur qabel ma tibda l-valanga, ir-randomità tal-jonizzazzjoni tal-impatt tista' tittaffa, u b'hekk jitnaqqas l-istorbju. Għalhekk, twettqu testijiet rilevanti. Biex juru aktar is-superjorità tal-Pt/WSe₂/Ni APD f'termini ta' karatteristiċi ta' rispons fil-ħin, ir-riċerkaturi evalwaw aktar il-bandwidth ta' -3 dB tal-apparat taħt valuri differenti ta' qligħ fotoelettriku.
Ir-riżultati sperimentali juru li d-ditekter Pt/WSe₂/Ni juri qawwa ekwivalenti ta' ħoss (NEP) estremament baxxa f'temperatura tal-kamra, li hija biss 8.07 fW/√Hz. Dan ifisser li d-ditekter jista' jidentifika sinjali ottiċi estremament dgħajfa. Barra minn hekk, dan l-apparat jista' jopera b'mod stabbli bi frekwenza ta' modulazzjoni ta' 20 kHz b'qligħ għoli ta' 5×10⁵, u b'hekk isolvi b'suċċess l-ostaklu tekniku tad-ditekters fotovoltajċi tradizzjonali li huma diffiċli biex jibbilanċjaw qligħ għoli u bandwidth. Din il-karatteristika hija mistennija li tipprovdilu vantaġġi sinifikanti f'applikazzjonijiet li jeħtieġu qligħ għoli u ħoss baxx.
Din ir-riċerka turi r-rwol kruċjali tal-inġinerija tal-materjali u l-ottimizzazzjoni tal-interfaċċja fit-titjib tal-prestazzjoni ta'fotodetetturiPermezz ta' disinn inġenjuż ta' elettrodi u materjali bidimensjonali, inkiseb effett ta' lqugħ ta' trasportaturi skuri, li jnaqqas b'mod sinifikanti l-interferenza tal-istorbju u jtejjeb aktar l-effiċjenza tad-detezzjoni.
Il-prestazzjoni ta' dan id-ditekter mhux biss hija riflessa fil-karatteristiċi fotoelettriċi, iżda għandha wkoll prospetti wesgħin ta' applikazzjoni. Bl-imblukkar effettiv tiegħu tal-kurrent skur f'temperatura tal-kamra u l-assorbiment effiċjenti tat-trasportaturi fotoġenerati, dan id-ditekter huwa partikolarment adattat biex jidentifika sinjali tad-dawl dgħajfa f'oqsma bħall-monitoraġġ ambjentali, l-osservazzjoni astronomika, u l-komunikazzjoni ottika. Dan il-kisba fir-riċerka mhux biss tipprovdi ideat ġodda għall-iżvilupp ta' fotoditekters ta' materjali b'dimensjonijiet baxxi, iżda toffri wkoll referenzi ġodda għar-riċerka u l-iżvilupp futuri ta' apparati optoelettroniċi ta' prestazzjoni għolja u enerġija baxxa.
Ħin tal-posta: 18 ta' Ġunju 2025