Bipolar dy-dimensionalfotodetektor ortekësh
Fotodetektor dydimensional bipolar i ortekëve (Fotodetektor APD) arrin zhurmë ultra të ulët dhe zbulim të ndjeshmërisë së lartë
Zbulimi me ndjeshmëri të lartë i disa fotoneve ose edhe i fotoneve të vetme ka perspektiva të rëndësishme aplikimi në fusha të tilla si imazheria me dritë të dobët, teledetektorët dhe telemetria, si dhe komunikimi kuantik. Midis tyre, fotodetektori i ortekut (APD) është bërë një drejtim i rëndësishëm në fushën e kërkimit të pajisjeve optoelektronike për shkak të karakteristikave të tij të madhësisë së vogël, efikasitetit të lartë dhe integrimit të lehtë. Raporti sinjal-zhurmë (SNR) është një tregues i rëndësishëm i fotodetektorit APD, i cili kërkon fitim të lartë dhe rrymë të ulët të errët. Hulumtimi mbi hetero-bashkimet van der Waals të materialeve dy-dimensionale (2D) tregon perspektiva të gjera në zhvillimin e APD-ve me performancë të lartë. Studiuesit nga Kina zgjodhën materialin gjysmëpërçues dy-dimensional bipolar WSe₂ si materialin fotosensitiv dhe fotodetektorin APD të përgatitur me kujdes me një strukturë Pt/WSe₂/Ni që ka funksionin më të mirë të punës së përputhjes, me qëllim zgjidhjen e problemit të zhurmës së fitimit të natyrshëm të fotodetektorit tradicional APD.
Ekipi i kërkimit propozoi një fotodetektor për ortekun bazuar në strukturën Pt/WSe₂/Ni, i cili arriti zbulim shumë të ndjeshëm të sinjaleve të dritës jashtëzakonisht të dobëta në nivelin fW në temperaturën e dhomës. Ata zgjodhën materialin gjysmëpërçues dy-dimensional WSe₂, i cili ka veti të shkëlqyera elektrike, dhe kombinuan materialet e elektrodës Pt dhe Ni për të zhvilluar me sukses një lloj të ri të fotodetektorit për ortekun. Duke optimizuar saktësisht përputhjen e funksionit të punës midis Pt, WSe₂ dhe Ni, u projektua një mekanizëm transporti që mund të bllokojë në mënyrë efektive bartësit e errët, ndërsa lejon në mënyrë selektive bartësit e fotogjeneruar të kalojnë. Ky mekanizëm zvogëlon ndjeshëm zhurmën e tepërt të shkaktuar nga jonizimi i ndikimit të bartësit, duke i mundësuar fotodetektorit të arrijë zbulim shumë të ndjeshëm të sinjalit optik në një nivel jashtëzakonisht të ulët zhurme.
Pastaj, për të sqaruar mekanizmin që qëndron pas efektit të ortekut të shkaktuar nga fusha e dobët elektrike, studiuesit fillimisht vlerësuan përputhshmërinë e funksioneve të punës së natyrshme të metaleve të ndryshme me WSe₂. U prodhuan një seri pajisjesh metal-gjysmëpërçues-metal (MSM) me elektroda të ndryshme metalike dhe u kryen teste përkatëse mbi to. Përveç kësaj, duke zvogëluar shpërndarjen e bartësve para se të fillojë orteku, rastësia e jonizimit të impaktit mund të zbutet, duke zvogëluar kështu zhurmën. Prandaj, u kryen teste përkatëse. Për të demonstruar më tej superioritetin e Pt/WSe₂/Ni APD në aspektin e karakteristikave të reagimit në kohë, studiuesit vlerësuan më tej gjerësinë e brezit -3 dB të pajisjes nën vlera të ndryshme të fitimit fotoelektrik.
Rezultatet eksperimentale tregojnë se detektori Pt/WSe₂/Ni shfaq një fuqi ekuivalente të zhurmës (NEP) jashtëzakonisht të ulët në temperaturën e dhomës, e cila është vetëm 8.07 fW/√Hz. Kjo do të thotë që detektori mund të identifikojë sinjale optike jashtëzakonisht të dobëta. Përveç kësaj, kjo pajisje mund të funksionojë në mënyrë të qëndrueshme në një frekuencë modulimi prej 20 kHz me një fitim të lartë prej 5×10⁵, duke zgjidhur me sukses pengesën teknike të detektorëve tradicionalë fotovoltaikë që është e vështirë të balancojnë fitimin e lartë dhe gjerësinë e brezit. Kjo veçori pritet t'i ofrojë asaj avantazhe të konsiderueshme në aplikimet që kërkojnë fitim të lartë dhe zhurmë të ulët.
Ky hulumtim tregon rolin vendimtar të inxhinierisë së materialeve dhe optimizimit të ndërfaqes në përmirësimin e performancës sëfotodetektorëNëpërmjet një dizajni të zgjuar të elektrodave dhe materialeve dy-dimensionale, është arritur një efekt mbrojtës i bartësve të errët, duke zvogëluar ndjeshëm ndërhyrjen e zhurmës dhe duke përmirësuar më tej efikasitetin e zbulimit.
Performanca e këtij detektori nuk reflektohet vetëm në karakteristikat fotoelektrike, por ka edhe perspektiva të gjera aplikimi. Me bllokimin efektiv të rrymës së errët në temperaturën e dhomës dhe thithjen efikase të bartësve të fotogjeneruar, ky detektor është veçanërisht i përshtatshëm për zbulimin e sinjaleve të dobëta të dritës në fusha të tilla si monitorimi mjedisor, vëzhgimi astronomik dhe komunikimi optik. Ky arritje kërkimore jo vetëm që ofron ide të reja për zhvillimin e fotodetektorëve të materialeve me dimensione të ulëta, por gjithashtu ofron referenca të reja për kërkimin dhe zhvillimin e ardhshëm të pajisjeve optoelektronike me performancë të lartë dhe me fuqi të ulët.
Koha e postimit: 18 qershor 2025