Низкопороговое инфракрасное излучениелавинный фотодетектор
Инфракрасный лавинный фотодетектор (Фотодетектор APD) — это классполупроводниковые фотоэлектрические устройстваЭто позволяет получить высокое усиление за счет эффекта столкновительной ионизации, что дает возможность обнаружения небольшого количества фотонов или даже одиночных фотонов. Однако в традиционных структурах фотодетекторов на основе лавинных фотодиодов (APD) неравновесный процесс рассеяния носителей заряда приводит к потерям энергии, поэтому пороговое напряжение лавинного пробоя обычно должно достигать 50-200 В. Это предъявляет более высокие требования к напряжению управления и конструкции схемы считывания устройства, увеличивая затраты и ограничивая более широкое применение.
Недавно китайские исследователи предложили новую структуру лавинного детектора ближнего инфракрасного диапазона с низким пороговым напряжением лавинного пробоя и высокой чувствительностью. Основанный на самолегированном гомопереходе атомных слоев, лавинный фотодетектор решает проблему вредного рассеяния, вызванного дефектами на границе раздела, которое неизбежно в гетеропереходах. В то же время, сильное локальное «пиковое» электрическое поле, вызванное нарушением трансляционной симметрии, используется для усиления кулоновского взаимодействия между носителями заряда, подавления рассеяния, обусловленного внеплоскостными фононными модами, и достижения высокой эффективности удвоения неравновесных носителей заряда. При комнатной температуре пороговая энергия близка к теоретическому пределу Eg (Eg — ширина запрещенной зоны полупроводника), а чувствительность обнаружения инфракрасного лавинного детектора достигает уровня 10000 фотонов.
Данное исследование основано на использовании самолегированного атомными слоями диселенида вольфрама (WSe₂) (двумерного халькогенида переходного металла, TMD) в качестве активной среды для лавинных разрядов носителей заряда. Нарушение пространственной трансляционной симметрии достигается путем создания топографической ступенчатой мутации, которая индуцирует сильное локальное «пиковое» электрическое поле на границе мутантного гомоперехода.
Кроме того, атомная толщина может подавлять механизм рассеяния, в котором доминирует фононная мода, и обеспечивать ускорение и умножение неравновесных носителей заряда с очень низкими потерями. Это приближает энергию порога лавинного пробоя при комнатной температуре к теоретическому пределу, то есть к ширине запрещенной зоны полупроводникового материала Eg. Пороговое напряжение лавинного пробоя было снижено с 50 В до 1,6 В, что позволило исследователям использовать отработанные низковольтные цифровые схемы для управления лавинным пробоем.фотодетектора также управляющие диоды и транзисторы. В данном исследовании реализовано эффективное преобразование и использование энергии неравновесных носителей заряда за счет разработки эффекта лавинного умножения с низким порогом, что открывает новые перспективы для разработки следующего поколения высокочувствительных, низкопороговых и высокоэффективных технологий лавинного инфракрасного детектирования.
Дата публикации: 16 апреля 2025 г.