Nieuwe, zeer gevoelige fotodetector
Onlangs heeft een onderzoeksteam van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), gebaseerd op polykristallijne galliumrijke galliumoxidematerialen (PGR-GaOX), voor het eerst een nieuwe ontwerpstrategie voorgesteld voor hoge gevoeligheid en hoge responssnelheid, hoge fotodetector via gekoppelde pyro-elektrische interface en fotogeleidingseffecten, en het relevante onderzoek werd gepubliceerd in Advanced Materials. Hoogenergetische foto-elektrische detectoren (voor diep ultraviolet (DUV) tot röntgenbanden) zijn van cruciaal belang op verschillende gebieden, waaronder de nationale veiligheid, de geneeskunde en de industriële wetenschappen.
De huidige halfgeleidermaterialen zoals Si en a-Se hebben echter de problemen van een grote lekstroom en een lage röntgenabsorptiecoëfficiënt, waardoor het moeilijk is om aan de behoeften van hoogwaardige detectie te voldoen. Daarentegen vertonen breedbandgap (WBG) halfgeleider galliumoxidematerialen een groot potentieel voor hoogenergetische foto-elektrische detectie. Vanwege de onvermijdelijke diepe niveauval aan de materiaalzijde en het gebrek aan effectief ontwerp van de apparaatstructuur, is het echter een uitdaging om hoogenergetische fotonendetectoren met hoge gevoeligheid en hoge responssnelheid te realiseren, gebaseerd op halfgeleiders met een brede bandafstand. 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 interface-pyro-elektrisch effect te koppelen aan het fotogeleidingseffect, worden de detectieprestaties aanzienlijk verbeterd. PPD vertoonde een hoge gevoeligheid voor zowel DUV- als röntgenstraling, met responspercentages tot respectievelijk 104A/W en 105μC×Gyair-1/cm2, meer dan 100 keer hoger dan eerdere detectoren gemaakt van vergelijkbare materialen. Bovendien kan het pyro-elektrische grensvlakeffect dat wordt veroorzaakt door de polaire symmetrie van het PGR-GaOX-uitputtingsgebied de responssnelheid van de detector met 105 keer verhogen tot 0,1 ms. Vergeleken met conventionele fotodiodes produceren PPDS met eigen voeding hogere winsten als gevolg van pyro-elektrische velden tijdens het schakelen van licht.
Bovendien kan PPD in de bias-modus werken, 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 beeldverbeteringssystemen met een laag energieverbruik en hoge gevoeligheid. Dit werk bewijst niet alleen dat GaOX een veelbelovend hoogenergetisch fotodetectormateriaal is, maar biedt ook een nieuwe strategie voor het realiseren van hoogwaardige hoogenergetische fotodetectoren.
Posttijd: 10 september 2024