Nieuwzeer gevoelige fotodetector
Onlangs heeft een onderzoeksteam van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) op basis van polykristallijne galliumrijke galliumoxidematerialen (PGR-GaOX) voor het eerst een nieuwe ontwerpstrategie voorgesteld voor hoge gevoeligheid en hoge responssnelheid.fotodetectorvia gekoppelde grensvlak-pyroelektrische en fotogeleidende effecten, en het relevante onderzoek werd gepubliceerd in Advanced Materials. Hoogenergetischefoto-elektrische detectoren(voor diep ultraviolet (DUV) tot röntgenstraling) zijn cruciaal in diverse vakgebieden, waaronder nationale veiligheid, geneeskunde en industriële wetenschappen.
De huidige halfgeleidermaterialen zoals Si en α-Se kampen echter met problemen zoals een grote lekstroom en een lage röntgenabsorptiecoëfficiënt, waardoor ze moeilijk te gebruiken zijn voor hoogwaardige detectie. Daarentegen tonen halfgeleidermaterialen met een brede bandgap (WBG), zoals galliumoxide, een groot potentieel voor foto-elektrische detectie van hoogenergetische fotonen. Door de onvermijdelijke diepe valkuilen in het materiaal en het gebrek aan effectief ontwerp van de apparaatstructuur is het echter een uitdaging om zeer gevoelige en snel reagerende detectoren voor hoogenergetische fotonen te realiseren op basis van halfgeleiders met een brede bandgap. Om deze uitdagingen aan te pakken, heeft een onderzoeksteam in China voor het eerst een pyro-elektrische fotogeleidende diode (PPD) ontworpen op basis van PGR-GaOX. Door het pyro-elektrische effect aan de interface te combineren met het fotogeleidende effect, worden de detectieprestaties aanzienlijk verbeterd. PPD vertoonde een hoge gevoeligheid voor zowel DUV als röntgenstraling, met responssnelheden tot respectievelijk 104 A/W en 105 μC × Gy lucht⁻¹/cm², meer dan 100 keer hoger dan eerdere detectoren gemaakt van vergelijkbare materialen. Bovendien kan het pyroelektrische effect aan de interface, veroorzaakt door de polaire symmetrie van het PGR-GaOX-uitputtingsgebied, de responssnelheid van de detector met een factor 10⁵ verhogen tot 0,1 ms. In vergelijking met conventionele fotodiodes produceert de zelfvoorzienende PPDS-modus een hogere versterking dankzij de pyroelektrische velden tijdens het schakelen van licht.
Bovendien kan PPD werken in de biasmodus, waarbij de versterking sterk afhankelijk is van de bias-spanning en een ultrahoge versterking kan worden bereikt door de bias-spanning te verhogen. PPD heeft een groot toepassingspotentieel in energiezuinige en zeer gevoelige beeldverbeteringssystemen. Dit werk bewijst niet alleen dat GaOX een veelbelovend materiaal is.hoogenergetische fotodetectormateriaal, maar biedt tevens een nieuwe strategie voor het realiseren van hoogwaardige fotodetectoren met hoge energie.
Geplaatst op: 10 september 2024