Bipolyar ikiölçülüuçqun fotodetektoru
Bipolyar ikiölçülü uçqun fotodetektoru (APD fotodetektoru) ultra aşağı səs-küy və yüksək həssaslıq aşkarlanmasına nail olur
Bir neçə fotonun və ya hətta tək fotonun yüksək həssaslıqla aşkarlanması zəif işıq görüntüləməsi, məsafədən zondlama və telemetriya, kvant rabitəsi kimi sahələrdə mühüm tətbiq perspektivlərinə malikdir. Bunların arasında uçqun fotodetektoru (APD) kiçik ölçülü, yüksək səmərəlilik və asan inteqrasiya xüsusiyyətlərinə görə optoelektron cihaz tədqiqatları sahəsində mühüm bir istiqamətə çevrilmişdir. Siqnal-səs-küy nisbəti (SNR) yüksək qazanc və aşağı qaranlıq cərəyan tələb edən APD fotodetektorunun vacib göstəricisidir. İkiölçülü (2D) materialların van der Waals heterokeçidləri üzərində aparılan tədqiqatlar yüksək performanslı APD-lərin inkişafında geniş perspektivlər göstərir. Çindən olan tədqiqatçılar, ənənəvi APD fotodetektorunun daxili qazanc səs-küyü problemini həll etmək üçün ən yaxşı uyğunluq iş funksiyasına malik Pt/WSe₂/Ni strukturuna malik bipolyar ikiölçülü yarımkeçirici material WSe₂-ı fotohəssas material kimi seçmiş və diqqətlə hazırlanmış APD fotodetektorudur.
Tədqiqat qrupu, otaq temperaturunda fW səviyyəsində son dərəcə zəif işıq siqnallarının yüksək həssaslıqla aşkarlanmasına nail olan Pt/WSe₂/Ni strukturuna əsaslanan uçqun fotodetektoru təklif etdi. Onlar əla elektrik xüsusiyyətlərinə malik ikiölçülü yarımkeçirici material WSe₂-nı seçdilər və yeni bir növ uçqun fotodetektorunu uğurla hazırlamaq üçün Pt və Ni elektrod materiallarını birləşdirdilər. Pt, WSe₂ və Ni arasında iş funksiyasının uyğunluğunu dəqiq şəkildə optimallaşdırmaqla, fotogenerasiya olunmuş daşıyıcıların keçməsinə selektiv şəkildə icazə verərkən qaranlıq daşıyıcıları effektiv şəkildə bloklaya bilən bir nəqliyyat mexanizmi hazırlanmışdır. Bu mexanizm daşıyıcı zərbəsi ionlaşmasının yaratdığı həddindən artıq səs-küyü əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və fotodetektorun son dərəcə aşağı səs-küy səviyyəsində yüksək həssaslıqla optik siqnal aşkarlamasına nail olmasına imkan verir.
Daha sonra, zəif elektrik sahəsinin yaratdığı uçqun effektinin arxasındakı mexanizmi aydınlaşdırmaq üçün tədqiqatçılar əvvəlcə müxtəlif metalların daxili iş funksiyalarının WSe₂ ilə uyğunluğunu qiymətləndirdilər. Müxtəlif metal elektrodları olan bir sıra metal-yarımkeçirici-metal (MSM) cihazları istehsal edildi və onlar üzərində müvafiq sınaqlar aparıldı. Bundan əlavə, uçqun başlamazdan əvvəl daşıyıcıların səpələnməsini azaltmaqla zərbə ionlaşmasının təsadüfiliyi azaldıla bilər və bununla da səs-küyü azaldır. Buna görə də müvafiq sınaqlar aparıldı. Pt/WSe₂/Ni APD-nin zaman reaksiyası xüsusiyyətləri baxımından üstünlüyünü daha da nümayiş etdirmək üçün tədqiqatçılar cihazın -3 dB bant genişliyini müxtəlif fotoelektrik qazanc dəyərləri altında daha da qiymətləndirdilər.
Təcrübə nəticələri göstərir ki, Pt/WSe₂/Ni detektoru otaq temperaturunda yalnız 8.07 fW/√Hz olan son dərəcə aşağı səs-küy ekvivalenti gücü (NEP) nümayiş etdirir. Bu o deməkdir ki, detektor son dərəcə zəif optik siqnalları müəyyən edə bilər. Bundan əlavə, bu cihaz 20 kHz modulyasiya tezliyində 5×10⁵ yüksək qazancla sabit işləyə bilər və yüksək qazanc və bant genişliyini balanslaşdırmaq çətin olan ənənəvi fotovoltaik detektorların texniki çətinliyini uğurla həll edir. Bu xüsusiyyətin yüksək qazanc və aşağı səs-küy tələb edən tətbiqlərdə ona əhəmiyyətli üstünlüklər verəcəyi gözlənilir.
Bu tədqiqat material mühəndisliyinin və interfeys optimallaşdırmasının performansın artırılmasında mühüm rolunu nümayiş etdirirfotodetektorlarElektrodların və ikiölçülü materialların ustalıqla dizaynı sayəsində qaranlıq daşıyıcıların qoruyucu effekti əldə edilmişdir ki, bu da səs-küy müdaxiləsini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və aşkarlama səmərəliliyini daha da artırır.
Bu detektorun performansı yalnız fotoelektrik xüsusiyyətlərdə əks olunmur, həm də geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir. Otaq temperaturunda qaranlıq cərəyanın effektiv şəkildə bloklanması və fotogenerasiya olunmuş daşıyıcıların səmərəli şəkildə udulması ilə bu detektor ətraf mühitin monitorinqi, astronomik müşahidə və optik rabitə kimi sahələrdə zəif işıq siqnallarını aşkar etmək üçün xüsusilə əlverişlidir. Bu tədqiqat nailiyyəti yalnız aşağı ölçülü material fotodetektorlarının inkişafı üçün yeni ideyalar təqdim etmir, həm də yüksək performanslı və aşağı güclü optoelektron cihazların gələcək tədqiqatı və inkişafı üçün yeni istinadlar təqdim edir.
Yazı vaxtı: 18 iyun 2025