Bipolyar ikiölçülü uçqun fotodetektoru

Bipolyar ikiölçülüuçqun fotodetektoru

Bipolyar ikiölçülü uçqun fotodetektoru (APD fotodetektoru) ultra aşağı səs-küy və yüksək həssaslıq aşkarlanmasına nail olur

Bir neçə fotonun və hətta tək fotonun yüksək həssaslıqla aşkarlanması zəif işıq təsviri, uzaqdan zondlama və telemetriya və kvant rabitəsi kimi sahələrdə mühüm tətbiq perspektivlərinə malikdir. Onların arasında uçqun fotodetektoru (APD) kiçik ölçülü, yüksək effektivlik və asan inteqrasiya xüsusiyyətlərinə görə optoelektronik cihazların tədqiqi sahəsində mühüm istiqamətə çevrilmişdir. Siqnal-küy nisbəti (SNR) yüksək qazanc və aşağı qaranlıq cərəyan tələb edən APD fotodetektorunun mühüm göstəricisidir. İkiölçülü (2D) materialların van der Waals hetero-qovuşması ilə bağlı tədqiqat yüksək məhsuldar APD-lərin inkişafında geniş perspektivləri göstərir. Çindən olan tədqiqatçılar işığa həssas material kimi bipolyar ikiölçülü yarımkeçirici material WSe₂ seçdilər və ənənəvi APD fotodetektorunun xas qazanc səs-küy problemini həll etmək üçün ən yaxşı uyğun iş funksiyasına malik olan Pt/WSe₂/Ni strukturuna malik APD fotodetektorunu diqqətlə hazırladılar.

Tədqiqat qrupu Pt/WSe₂/Ni strukturu əsasında uçqun fotodetektoru təklif etdi və bu, otaq temperaturunda fW səviyyəsində olduqca zəif işıq siqnallarının yüksək həssaslıqla aşkarlanmasına nail oldu. Onlar əla elektrik xassələrinə malik olan ikiölçülü yarımkeçirici material WSe₂ seçdilər və Pt və Ni elektrod materiallarını birləşdirərək uçqun fotodetektorunun yeni növünü uğurla inkişaf etdirdilər. Pt, WSe₂ və Ni arasında uyğun olan iş funksiyasını dəqiq optimallaşdırmaqla, fotogenerasiya edilmiş daşıyıcıların keçməsinə seçici şəkildə icazə verərkən qaranlıq daşıyıcıları effektiv şəkildə bloklaya bilən nəqliyyat mexanizmi hazırlanmışdır. Bu mexanizm daşıyıcının təsirinin ionlaşması nəticəsində yaranan həddindən artıq səs-küyü əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və fotodetektora son dərəcə aşağı səs-küy səviyyəsində yüksək həssas optik siqnal aşkarlanmasına nail olmağa imkan verir.

Sonra, zəif elektrik sahəsinin yaratdığı uçqun təsirinin mexanizmini aydınlaşdırmaq üçün tədqiqatçılar əvvəlcə müxtəlif metalların xas iş funksiyalarının WSe₂ ilə uyğunluğunu qiymətləndirdilər. Müxtəlif metal elektrodları olan bir sıra metal-yarımkeçirici-metal (MSM) cihazları hazırlanmış və onlar üzərində müvafiq sınaqlar aparılmışdır. Bundan əlavə, uçqun başlamazdan əvvəl daşıyıcının səpələnməsini azaltmaqla, təsirin ionlaşmasının təsadüfiliyini azaltmaq və bununla da səs-küyü azaltmaq olar. Buna görə də müvafiq testlər aparılıb. Pt/WSe₂/Ni APD-nin vaxta cavab xüsusiyyətləri baxımından üstünlüyünü daha da nümayiş etdirmək üçün tədqiqatçılar müxtəlif fotoelektrik qazanc dəyərləri altında cihazın -3 dB bant genişliyini daha da qiymətləndirdilər.

Eksperimental nəticələr göstərir ki, Pt/WSe₂/Ni detektoru otaq temperaturunda son dərəcə aşağı səs-küyə ekvivalent güc (NEP) nümayiş etdirir ki, bu da cəmi 8,07 fW/√Hz təşkil edir. Bu o deməkdir ki, detektor son dərəcə zəif optik siqnalları müəyyən edə bilir. Bundan əlavə, bu cihaz 5×10⁵ yüksək qazancla 20 kHz modulyasiya tezliyində stabil işləyə bilir, yüksək qazanc və bant genişliyini tarazlaşdırmaq çətin olan ənənəvi fotovoltaik detektorların texniki darboğazını uğurla həll edir. Bu xüsusiyyətin yüksək qazanc və aşağı səs-küy tələb edən tətbiqlərdə əhəmiyyətli üstünlüklər təmin edəcəyi gözlənilir.

Bu tədqiqat material mühəndisliyi və interfeys optimallaşdırmasının performansını artırmaqda mühüm rolunu nümayiş etdirirfotodetektorlar. Elektrodların və ikiölçülü materialların dahiyanə dizaynı sayəsində tünd daşıyıcıların qoruyucu effektinə nail olunub, səs-küyə müdaxiləni əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və aşkarlama səmərəliliyini daha da artırır.

Bu detektorun performansı yalnız fotoelektrik xüsusiyyətlərində əks olunmur, həm də geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir. Otaq temperaturunda qaranlıq cərəyanın effektiv bloklanması və fotogenerasiya edilmiş daşıyıcıların səmərəli udulması ilə bu detektor ətraf mühitin monitorinqi, astronomik müşahidə və optik rabitə kimi sahələrdə zəif işıq siqnallarını aşkar etmək üçün xüsusilə uyğundur. Bu tədqiqat nailiyyəti yalnız aşağı ölçülü materiallı fotodetektorların inkişafı üçün yeni ideyalar təqdim etmir, həm də yüksək performanslı və aşağı gücə malik optoelektronik cihazların gələcək tədqiqatları və inkişafı üçün yeni istinadlar təklif edir.