Lage drempel infraroodlawinefotodetector
De infrarood lawinefotodetector (APD-fotodetector) is een klasse vanhalfgeleider foto-elektrische apparatendie een hoge versterking genereren door het botsingsionisatie-effect, waardoor de detectie van enkele fotonen of zelfs enkele fotonen mogelijk wordt. In conventionele APD-fotodetectorstructuren leidt het niet-evenwichtige verstrooiingsproces van ladingsdragers echter tot energieverlies, waardoor de lawinedrempelspanning doorgaans 50-200 V moet bedragen. Dit stelt hogere eisen aan de stuurspanning en het ontwerp van het uitleescircuit van het apparaat, wat de kosten verhoogt en bredere toepassingen beperkt.
Recent Chinees onderzoek heeft een nieuwe structuur voorgesteld voor een lawine-nabij-infrarooddetector met een lage drempelspanning en hoge gevoeligheid. Gebaseerd op een zelf-gedoteerde homojunctie van atomaire lagen, lost de lawinefotodetector het probleem op van schadelijke verstrooiing veroorzaakt door defecten in de interface, wat onvermijdelijk is bij heterojuncties. Tegelijkertijd wordt het sterke lokale "piek"-elektrische veld, geïnduceerd door het breken van de translatiesymmetrie, gebruikt om de coulombinteractie tussen ladingsdragers te versterken, de door niet-vlakke fononmodi gedomineerde verstrooiing te onderdrukken en een hoge verdubbelingsefficiëntie van niet-evenwichtige ladingsdragers te bereiken. Bij kamertemperatuur ligt de drempelenergie dicht bij de theoretische limiet Eg (Eg is de bandgap van de halfgeleider) en de detectiegevoeligheid van de infraroodlawinedetector bedraagt tot 10.000 fotonen.
Deze studie is gebaseerd op een atoomlaag-zelfgedoteerde wolfraamdiselenide (WSe₂) homojunctie (tweedimensionaal overgangsmetaalchalcogenide, TMD) als versterkingsmedium voor ladingsdragerlawines. De ruimtelijke translatiesymmetriebreking wordt bereikt door een topografische stapmutatie te ontwerpen die een sterk lokaal "piek"-elektrisch veld induceert op het grensvlak van de gemuteerde homojunctie.
Bovendien kan de atomaire dikte het verstrooiingsmechanisme, dat gedomineerd wordt door de fononmodus, onderdrukken en het versnellings- en vermenigvuldigingsproces van niet-evenwichtige ladingsdragers met zeer weinig verlies realiseren. Hierdoor komt de lawinedrempelenergie bij kamertemperatuur dicht bij de theoretische limiet, oftewel de bandgap Eg van het halfgeleidermateriaal. De lawinedrempelspanning werd verlaagd van 50 V naar 1,6 V, waardoor de onderzoekers gebruik konden maken van bestaande digitale laagspanningscircuits om de lawine aan te drijven.fotodetectorevenals aansturingsdiodes en transistoren. Deze studie realiseert de efficiënte omzetting en benutting van niet-evenwichtige ladingsdragerenergie door het ontwerp van een lawinevermenigvuldigingseffect met een lage drempelwaarde. Dit biedt een nieuw perspectief voor de ontwikkeling van de volgende generatie zeer gevoelige, infrarooddetectietechnologie met lawinevermenigvuldiging en een hoge versterking.
Geplaatst op: 16 april 2025