Высокопроизводительный самоуправляемыйинфракрасный фотодетектор
инфракрасныйфотодетекторОбладает высокой помехозащищённостью, высокой способностью распознавания целей, возможностью работы в любых погодных условиях и высокой скрытностью. Он играет всё более важную роль в таких областях, как медицина, военное дело, космические технологии и экологическая инженерия. Среди них – самоуправляемыефотоэлектрическое обнаружениеМикросхемы, способные работать автономно, без внешнего источника питания, привлекли большое внимание в области инфракрасного детектирования благодаря своим уникальным характеристикам (таким как энергонезависимость, высокая чувствительность и стабильность и т. д.). В отличие от них, традиционные фотоэлектрические микросхемы детектирования, такие как кремниевые или узкозонные полупроводниковые инфракрасные микросхемы, требуют не только дополнительных напряжений смещения для разделения фотогенерированных носителей и создания фототоков, но и дополнительных систем охлаждения для снижения теплового шума и повышения чувствительности. Поэтому стало сложно соответствовать новым концепциям и требованиям следующего поколения инфракрасных микросхем детектирования, таким как низкое энергопотребление, компактные размеры, низкая стоимость и высокая производительность.
Недавно исследовательские группы из Китая и Швеции предложили новый фотоэлектрический детекторный чип с самоуправляемым коротковолновым инфракрасным (SWIR) переходом на основе плёнок графеновых нанолент (GNR)/оксида алюминия/монокристаллического кремния. Под воздействием эффекта оптического стробирования, вызванного гетерогенным интерфейсом, и встроенного электрического поля чип продемонстрировал сверхвысокие характеристики отклика и обнаружения при нулевом напряжении смещения. Фотоэлектрический детекторный чип имеет скорость отклика A до 75,3 А/Вт в режиме самоуправляемого детектора, скорость обнаружения 7,5 × 10¹⁴ Джонса и внешнюю квантовую эффективность, близкую к 104%, что улучшает характеристики обнаружения аналогичного типа кремниевых чипов на рекордные 7 порядков. Кроме того, в обычном режиме работы драйвера скорость отклика, скорость обнаружения и внешняя квантовая эффективность чипа достигают 843 А/Вт, 10¹⁵ Джонса и 105% соответственно, что является наивысшими значениями, полученными в текущих исследованиях. Кроме того, данное исследование также продемонстрировало практическое применение фотоэлектрического чипа обнаружения в областях оптической связи и инфракрасной визуализации, подчёркивая его огромный потенциал.
Для систематического исследования фотоэлектрических характеристик фотодетектора на основе монокристаллического кремния (графеновых нанолент /Al₂O₃/) исследователи протестировали его статические (вольт-амперная характеристика) и динамические (ток-временная) характеристики. Для систематической оценки оптических характеристик гетероструктурного фотодетектора на основе монокристаллического кремния (графеновых нанолент /Al₂O₃/) при различных напряжениях смещения исследователи измерили динамический токовый отклик устройства при напряжениях смещения 0 В, -1 В, -3 В и -5 В с оптической плотностью мощности 8,15 мкВт/см². Фототок увеличивается с увеличением обратного смещения и демонстрирует высокую скорость отклика при всех напряжениях смещения.
Наконец, исследователи создали систему формирования изображений и успешно добились автономного получения изображений в коротковолновом инфракрасном диапазоне. Система работает с нулевым смещением и не потребляет энергию. Визуальные возможности фотодетектора оценивались с помощью чёрной маски с Т-образным узором (см. рисунок 1).
В заключение отметим, что в ходе данного исследования были успешно изготовлены фотодетекторы с автономным питанием на основе графеновых нанолент и достигнута рекордно высокая скорость отклика. Кроме того, исследователи успешно продемонстрировали возможности оптической связи и визуализации.высокочувствительный фотодетекторЭто научное достижение не только открывает практический подход к разработке графеновых нанолент и кремниевых оптоэлектронных устройств, но и демонстрирует их превосходные характеристики в качестве автономных коротковолновых инфракрасных фотодетекторов.
Время публикации: 28 апреля 2025 г.