Bipolar two-dimensional avalanche photodetector

Bipolar nga duha ka dimensyonavalanche photodetector

Ang bipolar two-dimensional avalanche photodetector (APD photodetector) nakab-ot ang ultra-low noise ug high sensitivity detection

Ang high-sensitivity detection sa pipila ka mga photon o bisan usa ka photon adunay importante nga mga prospect sa aplikasyon sa mga natad sama sa huyang nga light imaging, remote sensing ug telemetry, ug quantum communication. Lakip kanila, ang avalanche photodetector (APD) nahimong usa ka importante nga direksyon sa natad sa optoelectronic device research tungod sa iyang mga kinaiya sa gamay nga gidak-on, taas nga efficiency ug sayon ​​integration. Ang signal-to-noise ratio (SNR) usa ka importante nga timailhan sa APD photodetector, nga nagkinahanglan og taas nga ganansya ug ubos nga ngitngit nga kasamtangan. Ang panukiduki sa van der Waals heterojunctions sa duha ka dimensyon (2D) nga mga materyales nagpakita sa halapad nga mga palaaboton sa pagpalambo sa mga high-performance nga APD. Gipili sa mga tigdukiduki gikan sa China ang bipolar two-dimensional semiconductor material nga WSe₂ isip photosensitive nga materyal ug giandam pag-ayo ang APD photodetector nga adunay istruktura nga Pt/WSe₂/Ni nga adunay labing maayo nga pagpares sa trabaho, aron masulbad ang kinaiyanhon nga problema sa kasaba sa tradisyonal nga APD photodetector.

Ang research team misugyot og avalanche photodetector base sa Pt/WSe₂/Ni nga estraktura, nga nakab-ot ang sensitibo kaayo nga pagkakita sa hilabihan ka huyang nga mga signal sa kahayag sa fW nga lebel sa temperatura sa lawak. Gipili nila ang duha ka dimensiyon nga semiconductor nga materyal nga WSe₂, nga adunay maayo kaayo nga elektrikal nga mga kabtangan, ug gihiusa ang Pt ug Ni electrode nga mga materyales aron malampuson nga makahimo og bag-ong matang sa avalanche photodetector. Pinaagi sa tukma nga pag-optimize sa work function matching taliwala sa Pt, WSe₂ ug Ni, usa ka mekanismo sa transportasyon ang gidesinyo nga epektibong makababag sa mga dark carrier samtang pilion nga gitugotan ang mga photogenerated carriers nga moagi. Kini nga mekanismo sa kamahinungdanon nagpamenos sa sobra nga kasaba tungod sa carrier impact ionization, nga makapahimo sa photodetector nga makab-ot ang sensitibo kaayo nga optical signal detection sa hilabihan ka ubos nga lebel sa kasaba.

Dayon, aron maklaro ang mekanismo sa luyo sa epekto sa avalanche nga gipahinabo sa huyang nga natad sa kuryente, ang mga tigdukiduki sa sinugdanan nagtimbang-timbang sa pagkaangay sa kinaiyanhong mga gimbuhaton sa trabaho sa nagkalain-laing mga metal nga adunay WSe₂. Ang usa ka serye sa mga aparato nga metal-semiconductor-metal (MSM) nga adunay lainlaing mga electrodes sa metal ang gihimo ug adunay kalabotan nga mga pagsulay ang gihimo sa kanila. Dugang pa, pinaagi sa pagkunhod sa pagkatibulaag sa carrier sa dili pa magsugod ang avalanche, ang randomness sa impact ionization mahimong makunhuran, sa ingon makunhuran ang kasaba. Busa, ang may kalabutan nga mga pagsulay gihimo. Aron mapakita pa ang pagkalabaw sa Pt / WSe₂ / Ni APD sa mga termino sa mga kinaiya sa pagtubag sa oras, gisusi pa sa mga tigdukiduki ang -3 dB bandwidth sa aparato ubos sa lainlaing mga kantidad sa nakuha nga photoelectric.

Ang mga resulta sa eksperimento nagpakita nga ang Pt/WSe₂/Ni detector nagpakita sa hilabihan ka ubos nga noise equivalent power (NEP) sa temperatura sa lawak, nga 8.07 fW/√Hz lamang. Kini nagpasabot nga ang detector makaila sa hilabihan ka huyang nga optical signal. Dugang pa, kini nga aparato mahimo’g molihok nga lig-on sa usa ka frequency sa modulasyon nga 20 kHz nga adunay taas nga ganansya nga 5 × 10⁵, malampuson nga masulbad ang teknikal nga bottleneck sa tradisyonal nga mga photovoltaic detector nga lisud balansehon ang taas nga ganansya ug bandwidth. Ang kini nga bahin gilauman nga maghatag niini nga hinungdanon nga mga bentaha sa mga aplikasyon nga nanginahanglan taas nga ganansya ug ubos nga kasaba.

Gipakita sa kini nga panukiduki ang hinungdanon nga papel sa materyal nga engineering ug pag-optimize sa interface sa pagpauswag sa pasundayag samga photodetector. Pinaagi sa mamugnaon nga disenyo sa mga electrodes ug two-dimensional nga mga materyales, nakab-ot ang usa ka panalipod nga epekto sa ngitngit nga mga carrier, nga makapakunhod sa kasaba sa kasaba ug dugang nga pagpalambo sa detection efficiency.

Ang pasundayag sa kini nga detector dili lamang makita sa mga kinaiya sa photoelectric, apan adunay usab daghang mga prospect sa aplikasyon. Uban sa epektibo nga pag-block sa ngitngit nga sulog sa temperatura sa kwarto ug episyente nga pagsuyup sa mga tagdala sa litrato, kini nga detektor labi nga angay alang sa pag-ila sa huyang nga mga signal sa kahayag sa mga natad sama sa pag-monitor sa kalikopan, obserbasyon sa astronomiya, ug komunikasyon sa optical. Kini nga kalampusan sa panukiduki dili lamang naghatag og bag-ong mga ideya alang sa pagpalambo sa mga low-dimensional nga materyal nga photodetector, apan nagtanyag usab og bag-ong mga pakisayran alang sa umaabot nga panukiduki ug pagpalambo sa mga high-performance ug low-power optoelectronic nga mga himan.