Fotoditekter infra-aħmar awtonomu ta' prestazzjoni għolja

Prestazzjoni għolja awtosuffiċjentifotoditekter infra-aħmar

infra-aħmarfotoditektergħandu l-karatteristiċi ta' kapaċità qawwija kontra l-interferenza, kapaċità qawwija ta' rikonoxximent tal-miri, tħaddim f'kull temp u ħabi tajjeb. Qed jilgħab rwol dejjem aktar importanti f'oqsma bħall-mediċina, il-militar, it-teknoloġija spazjali u l-inġinerija ambjentali. Fost dawn, l-awto-mmexxiskoperta fotoelettrikaĊippa li tista' topera b'mod indipendenti mingħajr provvista ta' enerġija esterna addizzjonali ġibdet attenzjoni estensiva fil-qasam tad-detezzjoni infra-aħmar minħabba l-prestazzjoni unika tagħha (bħall-indipendenza fl-enerġija, sensittività għolja u stabbiltà, eċċ.). B'kuntrast, ċipep tradizzjonali ta' detezzjoni fotoelettrika, bħal ċipep infra-aħmar ibbażati fuq is-silikon jew semikondutturi b'bandgap dejqa, mhux biss jeħtieġu vultaġġi ta' preġudizzju addizzjonali biex imexxu s-separazzjoni ta' trasportaturi fotoġenerati biex jipproduċu fotokurrenti, iżda jeħtieġu wkoll sistemi ta' tkessiħ addizzjonali biex inaqqsu l-istorbju termali u jtejbu r-rispons. Għalhekk, sar diffiċli li jintlaħqu l-kunċetti u r-rekwiżiti ġodda tal-ġenerazzjoni li jmiss ta' ċipep ta' detezzjoni infra-aħmar fil-futur, bħal konsum baxx ta' enerġija, daqs żgħir, spiża baxxa u prestazzjoni għolja.

Riċentement, timijiet ta' riċerka miċ-Ċina u l-Iżvezja pproponew ċippa ġdida ta' skoperta fotoelettrika ta' mewġ qasir infra-aħmar (SWIR) awto-mexxija b'eteroġunzjoni tal-pin ibbażata fuq films/alumina/silikon kristall wieħed tan-nanożigarelli tal-grafene (GNR). Taħt l-effett ikkombinat tal-effett tal-gating ottiku attivat mill-interfaċċja eteroġenja u l-kamp elettriku integrat, iċ-ċippa wriet rispons ultra-għoljin u prestazzjoni ta' skoperta b'vultaġġ ta' preġudizzju żero. Iċ-ċippa ta' skoperta fotoelettrika għandha rata ta' rispons A għolja daqs 75.3 A/W fil-modalità awto-mexxija, rata ta' skoperta ta' 7.5 × 10¹⁴ Jones, u effiċjenza kwantistika esterna qrib il-104%, li ttejjeb il-prestazzjoni ta' skoperta tal-istess tip ta' ċipep ibbażati fuq is-silikon b'rekord ta' 7 ordnijiet ta' kobor. Barra minn hekk, taħt il-modalità tas-sewqan konvenzjonali, ir-rata ta' rispons taċ-ċippa, ir-rata ta' skoperta, u l-effiċjenza kwantistika esterna huma kollha għoljin daqs 843 A/W, 10¹⁵ Jones, u 105% rispettivament, li kollha huma l-ogħla valuri rrappurtati fir-riċerka attwali. Sadanittant, din ir-riċerka wriet ukoll l-applikazzjoni fid-dinja reali taċ-ċippa ta' skoperta fotoelettrika fl-oqsma tal-komunikazzjoni ottika u l-immaġini infra-aħmar, u enfasizzat il-potenzjal enormi ta' applikazzjoni tagħha.

Sabiex jistudjaw sistematikament il-prestazzjoni fotoelettrika tal-fotoditekter ibbażat fuq grafina nanożigarelli /Al₂O₃/ silikon kristallin wieħed, ir-riċerkaturi ttestjaw ir-risponsi karatteristiċi statiċi (kurva tal-vultaġġ tal-kurrent) u dinamiċi (kurva tal-ħin tal-kurrent). Biex jevalwaw sistematikament il-karatteristiċi tar-rispons ottiku tal-fotoditekter eterostrutturat grafina nanożigarella /Al₂O₃/ silikon monokristallin taħt vultaġġi ta' polarizzazzjoni differenti, ir-riċerkaturi kejlu r-rispons dinamiku tal-kurrent tal-apparat f'polarizzazzjonijiet ta' 0 V, -1 V, -3 V u -5 V, b'densità ta' qawwa ottika ta' 8.15 μW/cm². Il-fotokurrent jiżdied bil-polarizzazzjoni inversa u juri veloċità ta' rispons mgħaġġla fil-vultaġġi kollha tal-polarizzazzjoni.

Fl-aħħar, ir-riċerkaturi ffabbrikaw sistema ta' immaġini u kisbu b'suċċess immaġini awto-alimentata ta' infra-aħmar ta' mewġ qasir. Is-sistema topera taħt żero preġudizzju u m'għandha l-ebda konsum ta' enerġija. Il-kapaċità tal-immaġini tal-fotoditekter ġiet evalwata bl-użu ta' maskra sewda bid-disinn tal-ittra "T" (kif muri fil-Figura 1).

Bħala konklużjoni, din ir-riċerka manifatturat b'suċċess fotoditekters awtonomi bbażati fuq nanożigarelli tal-grafene u kisbet rata ta' rispons għolja rekord. Sadanittant, ir-riċerkaturi wrew b'suċċess il-kapaċitajiet ta' komunikazzjoni ottika u immaġini ta' dan.fotoditekter li jirrispondi ħafnaDan il-kisba fir-riċerka mhux biss tipprovdi approċċ prattiku għall-iżvilupp ta' nanożigarelli tal-grafene u apparati optoelettroniċi bbażati fuq is-silikon, iżda turi wkoll il-prestazzjoni eċċellenti tagħhom bħala fotoditekters infra-aħmar ta' mewġa qasira li jaħdmu waħedhom.