Hoogpresterende zelfrijdende autoinfrarood fotodetector
infraroodfotodetectorheeft de kenmerken van een sterk anti-interferentievermogen, sterke doelherkenning, werking onder alle weersomstandigheden en goede verberging. Het speelt een steeds belangrijkere rol in sectoren zoals de geneeskunde, defensie, ruimtevaart en milieutechniek. Onder hen de zelfrijdendefoto-elektrische detectieEen chip die onafhankelijk kan werken zonder externe voeding, heeft veel aandacht getrokken op het gebied van infrarooddetectie vanwege zijn unieke prestaties (zoals energieonafhankelijkheid, hoge gevoeligheid en stabiliteit, enz.). Traditionele foto-elektrische detectiechips, zoals infraroodchips op basis van silicium of halfgeleiders met een smalle bandgap, vereisen daarentegen niet alleen extra biasspanningen om de scheiding van fotogegenereerde ladingsdragers te stimuleren en fotostromen te produceren, maar vereisen ook extra koelsystemen om thermische ruis te verminderen en de responsiviteit te verbeteren. Daarom is het in de toekomst moeilijk geworden om te voldoen aan de nieuwe concepten en eisen van de volgende generatie infrarooddetectiechips, zoals een laag stroomverbruik, een klein formaat, lage kosten en hoge prestaties.
Onderzoeksteams uit China en Zweden hebben onlangs een nieuwe pinheterojunctie zelfgestuurde kortegolf-infrarood (SWIR) foto-elektrische detectiechip voorgesteld, gebaseerd op grafeen nanoribbon (GNR)-films/alumina/kristallijn silicium. Dankzij de combinatie van het optische poorteffect, veroorzaakt door de heterogene interface, en het ingebouwde elektrische veld, vertoonde de chip een ultrahoge respons en detectieprestaties bij een biasspanning van nul. De foto-elektrische detectiechip heeft een A-respons van maar liefst 75,3 A/W in zelfgestuurde modus, een detectiesnelheid van 7,5 × 10¹⁴ Jones en een externe kwantumefficiëntie van bijna 104%, wat de detectieprestaties van hetzelfde type siliciumchips met een record van 7 ordes van grootte verbetert. Bovendien zijn de responstijd, detectiesnelheid en externe kwantumefficiëntie van de chip in de conventionele aandrijfmodus respectievelijk maar liefst 843 A/W, 10¹⁵ Jones en 105%, de hoogste waarden die in recent onderzoek zijn gerapporteerd. Tegelijkertijd demonstreerde dit onderzoek ook de praktische toepassing van de foto-elektrische detectiechip op het gebied van optische communicatie en infraroodbeeldvorming, wat het enorme toepassingspotentieel ervan onderstreept.
Om de foto-elektrische prestaties van de fotodetector op basis van monokristallijn silicium met grafeen nanoribbons (Al₂O₃) systematisch te bestuderen, testten onderzoekers de statische (stroom-spanningscurve) en dynamische karakteristieke reacties (stroom-tijdcurve). Om de optische responskarakteristieken van de heterostructuurfotodetector met grafeen nanoribbons (Al₂O₃) met monokristallijn silicium onder verschillende biasspanningen systematisch te evalueren, maten onderzoekers de dynamische stroomrespons van het apparaat bij biassen van 0 V, -1 V, -3 V en -5 V, met een optische vermogensdichtheid van 8,15 μW/cm². De fotostroom neemt toe met de sperbias en vertoont een snelle respons bij alle biasspanningen.
Ten slotte ontwikkelden de onderzoekers een beeldvormingssysteem en slaagden erin om zelfvoorzienende beelden van kortegolf-infrarood te maken. Het systeem werkt zonder bias en verbruikt helemaal geen energie. De beeldvormingscapaciteit van de fotodetector werd geëvalueerd met behulp van een zwart masker met het letter "T"-patroon (zoals weergegeven in figuur 1).
Concluderend kan gesteld worden dat dit onderzoek met succes zelfvoorzienende fotodetectoren op basis van grafeen nanolinten heeft gefabriceerd en een recordhoge respons heeft behaald. Tegelijkertijd hebben de onderzoekers met succes de optische communicatie- en beeldvormingsmogelijkheden van deze technologie aangetoond.zeer responsieve fotodetectorDeze onderzoeksprestatie biedt niet alleen een praktische aanpak voor de ontwikkeling van grafeen nanolinten en opto-elektronische apparaten op basis van silicium, maar toont ook hun uitstekende prestaties als zelfvoorzienende kortegolf-infraroodfotodetectoren.
Plaatsingstijd: 28-04-2025