Lage drempel infraroodlawine fotodetector
De infrarood lawinefotodetector (APD-fotodetector) is een klasse vanhalfgeleider foto-elektrische apparatendie een hoge versterking produceren door het botsings-ionisatie-effect, waardoor detectie van enkele fotonen of zelfs enkele fotonen mogelijk is. In conventionele APD-fotodetectorstructuren leidt de niet-evenwichtsverstrooiing van ladingsdragers echter tot energieverlies, waardoor de lawinedrempelspanning doorgaans 50-200 V moet bereiken. Dit stelt hogere eisen aan de aandrijfspanning en het ontwerp van het uitleescircuit van het apparaat, wat de kosten verhoogt en bredere toepassingen beperkt.
Recent heeft Chinees onderzoek een nieuwe structuur voorgesteld voor een lawine-nabij-infrarooddetector met een lage lawinedrempelspanning en een hoge gevoeligheid. Gebaseerd op de zelfdoperende homojunctie van de atomaire laag, lost de lawinefotodetector de schadelijke verstrooiing op die wordt veroorzaakt door een defecte interfacetoestand, die onvermijdelijk is bij heterojunctie. Tegelijkertijd wordt het sterke lokale "piek"-elektrische veld, veroorzaakt door translatiesymmetriebreking, gebruikt om de coulombinteractie tussen ladingsdragers te verbeteren, de door fononen gedomineerde verstrooiing buiten het vlak te onderdrukken en een hoge verdubbelingsefficiëntie van niet-evenwichtsladingsdragers te bereiken. Bij kamertemperatuur ligt de drempelenergie dicht bij de theoretische limiet Eg (Eg is de band gap van de halfgeleider) en de detectiegevoeligheid van de infrarood-lawinedetector loopt op tot 10.000 fotonniveau.
Deze studie is gebaseerd op atoomlaag-zelfgedoteerde wolfraamdiselenide (WSe₂) homojunctie (tweedimensionale overgangsmetaalchalcogenide, TMD) als versterkend medium voor ladingsdragerlawines. De ruimtelijke translationele symmetriebreking wordt bereikt door een topografische stapmutatie te ontwerpen die een sterk lokaal "spike" elektrisch veld induceert aan de mutante homojunctie-interface.
Bovendien kan de atomaire dikte het verstrooiingsmechanisme, gedomineerd door de fononmodus, onderdrukken en het versnellings- en vermenigvuldigingsproces van niet-evenwichtsdragers met zeer laag verlies realiseren. Dit brengt de lawine-drempelenergie bij kamertemperatuur dicht bij de theoretische limiet, namelijk de bandgap van het halfgeleidermateriaal. De lawine-drempelspanning werd verlaagd van 50 V naar 1,6 V, waardoor de onderzoekers volwassen digitale laagspanningscircuits konden gebruiken om de lawine aan te sturen.fotodetectorevenals aandrijfdiodes en transistoren. Deze studie realiseert de efficiënte omzetting en benutting van niet-evenwichtsdraaggolfenergie door het ontwerp van een laagdrempelig lawinevermenigvuldigingseffect, wat een nieuw perspectief biedt voor de ontwikkeling van de volgende generatie zeer gevoelige, laagdrempelige en hoogversterkende lawine-infrarooddetectietechnologie.
Plaatsingstijd: 16-04-2025