Bipolar nga duha-ka-dimensyon nga photodetector sa avalanche

Bipolar nga duha-ka-dimensyonphotodetector sa avalanche

Ang bipolar two-dimensional avalanche photodetector (Detektor sa litrato sa APD) nakakab-ot sa ultra-low noise ug taas nga sensitivity detection

Ang high-sensitivity detection sa pipila ka photon o bisan sa single photon adunay importanteng mga posibilidad sa paggamit sa mga natad sama sa weak light imaging, remote sensing ug telemetry, ug quantum communication. Lakip niini, ang avalanche photodetector (APD) nahimong usa ka importanteng direksyon sa natad sa panukiduki sa optoelectronic device tungod sa mga kinaiya niini nga gamay ang gidak-on, taas nga efficiency ug dali nga integration. Ang signal-to-noise ratio (SNR) usa ka importanteng timailhan sa APD photodetector, nga nanginahanglan og taas nga gain ug ubos nga dark current. Ang panukiduki sa van der Waals heterojunctions sa two-dimensional (2D) nga mga materyales nagpakita og lapad nga mga posibilidad sa pagpalambo sa high-performance APDs. Gipili sa mga tigdukiduki gikan sa China ang bipolar two-dimensional semiconductor material nga WSe₂ isip photosensitive material ug maampingong giandam ang APD photodetector nga adunay Pt/WSe₂/Ni structure nga adunay labing maayo nga matching work function, aron masulbad ang inherent gain noise problem sa tradisyonal nga APD photodetector.

Ang research team nagsugyot og usa ka avalanche photodetector nga gibase sa Pt/WSe₂/Ni nga istruktura, nga nakab-ot ang sensitibo kaayo nga pag-ila sa hilabihan ka luya nga mga signal sa kahayag sa lebel sa fW sa temperatura sa kwarto. Gipili nila ang two-dimensional semiconductor material nga WSe₂, nga adunay maayo kaayo nga mga kabtangan sa kuryente, ug gihiusa ang mga materyales sa electrode nga Pt ug Ni aron malampuson nga mapalambo ang usa ka bag-ong klase sa avalanche photodetector. Pinaagi sa tukma nga pag-optimize sa pagpares sa function sa trabaho taliwala sa Pt, WSe₂ ug Ni, usa ka mekanismo sa transportasyon ang gidisenyo nga epektibo nga makababag sa mga itom nga carrier samtang mapilion nga gitugotan ang mga photogenerated carrier nga moagi. Kini nga mekanismo labi nga nagpamenos sa sobra nga kasaba nga gipahinabo sa carrier impact ionization, nga nagtugot sa photodetector nga makab-ot ang sensitibo kaayo nga optical signal detection sa usa ka hilabihan ka ubos nga lebel sa kasaba.

Dayon, aron maklaro ang mekanismo luyo sa epekto sa avalanche nga gipahinabo sa huyang nga electric field, ang mga tigdukiduki sa sinugdanan nagsusi sa pagkaangay sa kinaiyanhong mga function sa trabaho sa lainlaing mga metal sa WSe₂. Usa ka serye sa mga metal-semiconductor-metal (MSM) nga mga aparato nga adunay lainlaing mga electrode sa metal ang gihimo ug ang mga may kalabutan nga pagsulay gihimo niini. Dugang pa, pinaagi sa pagkunhod sa carrier scattering sa dili pa magsugod ang avalanche, ang pagka-random sa impact ionization mahimong maminusan, sa ingon makunhuran ang kasaba. Busa, ang mga may kalabutan nga pagsulay gihimo. Aron mapamatud-an pa ang pagkalabaw sa Pt/WSe₂/Ni APD sa mga termino sa mga kinaiya sa pagtubag sa oras, ang mga tigdukiduki dugang nga nagsusi sa -3 dB bandwidth sa aparato ubos sa lainlaing mga kantidad sa photoelectric gain.

Ang mga resulta sa eksperimento nagpakita nga ang Pt/WSe₂/Ni detector nagpakita og ubos kaayo nga noise equivalent power (NEP) sa temperatura sa kwarto, nga 8.07 fW/√Hz lamang. Kini nagpasabot nga ang detector makaila sa hilabihan ka luya nga optical signals. Dugang pa, kini nga device mahimong molihok nga lig-on sa modulation frequency nga 20 kHz nga adunay taas nga gain nga 5×10⁵, nga malampusong makasulbad sa teknikal nga bottleneck sa tradisyonal nga photovoltaic detectors nga lisod balansehon ang taas nga gain ug bandwidth. Kini nga feature gilauman nga makahatag niini og dakong bentaha sa mga aplikasyon nga nanginahanglan og taas nga gain ug ubos nga noise.

Kini nga panukiduki nagpakita sa hinungdanon nga papel sa material engineering ug interface optimization sa pagpaayo sa performance samga photodetectorPinaagi sa maalamon nga disenyo sa mga electrode ug duha ka dimensyon nga mga materyales, nakab-ot ang usa ka epekto sa pagpanalipod sa mga itom nga tigdala, nga nakapakunhod pag-ayo sa pagpanghilabot sa kasaba ug labi pang nagpauswag sa kahusayan sa pag-ila.

Ang performance niining detector dili lang makita sa photoelectric characteristics, apan aduna usab kini halapad nga aplikasyon. Uban sa epektibo niining pag-block sa dark current sa temperatura sa kwarto ug episyente nga pagsuhop sa photogenerated carriers, kining detector labi na nga angay alang sa pag-detect sa huyang nga mga signal sa kahayag sa mga natad sama sa environmental monitoring, astronomical observation, ug optical communication. Kini nga kalampusan sa panukiduki dili lamang makahatag og bag-ong mga ideya alang sa pagpalambo sa low-dimensional material photodetectors, apan nagtanyag usab og bag-ong mga reperensya alang sa umaabot nga panukiduki ug pagpalambo sa high-performance ug low-power optoelectronic devices.