Высокопроизводительный автономный инфракрасный фотодетектор

Высокопроизводительный самоуправляемыйинфракрасный фотодетектор

инфракрасныйфотодетекторимеет характеристики сильной способности к помехоустойчивости, сильной способности распознавания цели, всепогодной работы и хорошей скрытности. Он играет все более важную роль в таких областях, как медицина, военное дело, космические технологии и экологическая инженерия. Среди них самоуправляемыйфотоэлектрическое обнаружениеМикросхема, которая может работать независимо без внешнего дополнительного источника питания, привлекла широкое внимание в области инфракрасного обнаружения благодаря своим уникальным характеристикам (таким как энергонезависимость, высокая чувствительность и стабильность и т. д.). Напротив, традиционные фотоэлектрические микросхемы обнаружения, такие как инфракрасные микросхемы на основе кремния или узкозонных полупроводников, не только требуют дополнительных напряжений смещения для управления разделением фотогенерированных носителей для получения фототоков, но и нуждаются в дополнительных системах охлаждения для снижения теплового шума и улучшения реагирования. Поэтому стало сложно соответствовать новым концепциям и требованиям следующего поколения инфракрасных микросхем обнаружения в будущем, таким как низкое энергопотребление, малый размер, низкая стоимость и высокая производительность.

Недавно исследовательские группы из Китая и Швеции предложили новый самоуправляемый коротковолновый инфракрасный (SWIR) фотоэлектрический чип обнаружения на основе гетероперехода на основе пленок графеновых нанолент (GNR)/оксида алюминия/монокристаллического кремния. Под совместным воздействием оптического стробирующего эффекта, вызванного гетерогенным интерфейсом и встроенным электрическим полем, чип продемонстрировал сверхвысокую реакцию и производительность обнаружения при нулевом напряжении смещения. Фотоэлектрический чип обнаружения имеет скорость отклика A до 75,3 A/W в режиме самоуправляемости, скорость обнаружения 7,5 × 10¹⁴ Джонса и внешнюю квантовую эффективность, близкую к 104%, что улучшает производительность обнаружения того же типа кремниевых чипов на рекордные 7 порядков. Кроме того, в обычном режиме привода скорость отклика чипа, скорость обнаружения и внешняя квантовая эффективность достигают 843 А/Вт, 10¹⁵ Джонса и 105% соответственно, все из которых являются наивысшими значениями, зарегистрированными в текущих исследованиях. Между тем, это исследование также продемонстрировало реальное применение фотоэлектрического чипа обнаружения в областях оптической связи и инфракрасной визуализации, подчеркивая его огромный потенциал применения.

Для систематического изучения фотоэлектрических характеристик фотодетектора на основе графеновых нанолент /Al₂O₃/ монокристаллического кремния исследователи протестировали его статические (вольтамперная кривая) и динамические характеристические отклики (ток-временная кривая). Для систематической оценки оптических характеристик отклика гетероструктурного фотодетектора на основе графеновой наноленты /Al₂O₃/ монокристаллического кремния при различных напряжениях смещения исследователи измерили динамический токовый отклик устройства при смещениях 0 В, -1 В, -3 В и -5 В с оптической плотностью мощности 8,15 мкВт/см². Фототок увеличивается с обратным смещением и показывает высокую скорость отклика при всех напряжениях смещения.

Наконец, исследователи изготовили систему формирования изображений и успешно добились автономного формирования изображений коротковолнового инфракрасного диапазона. Система работает при нулевом смещении и вообще не потребляет энергию. Возможности формирования изображений фотодетектора оценивались с использованием черной маски с рисунком в виде буквы «Т» (как показано на рисунке 1).

В заключение, это исследование успешно изготовило самопитающиеся фотодетекторы на основе графеновых нанолент и достигло рекордно высокой скорости отклика. Между тем, исследователи успешно продемонстрировали возможности оптической связи и визуализации этоговысокочувствительный фотодетекторЭто научное достижение не только обеспечивает практический подход к разработке графеновых нанолент и оптоэлектронных устройств на основе кремния, но и демонстрирует их превосходные характеристики в качестве автономных коротковолновых инфракрасных фотодетекторов.