Новый высокочувствительный фотодетектор
Недавно исследовательская группа Китайской академии наук (CAS) на основе поликристаллических материалов из оксида галлия с высоким содержанием галлия (PGR-GaOX) впервые предложила новую стратегию разработки высокочувствительного и быстродействующего фотодетектора с высоким пироэлектрическим интерфейсом. и эффекты фотопроводимости, соответствующее исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials. Фотоэлектрические детекторы высокой энергии (от глубокого ультрафиолета (DUV) до рентгеновского диапазона) имеют решающее значение в различных областях, включая национальную безопасность, медицину и промышленную науку.
Однако современные полупроводниковые материалы, такие как Si и α-Se, имеют проблемы, связанные с большим током утечки и низким коэффициентом поглощения рентгеновских лучей, что трудно удовлетворить потребности высокопроизводительного обнаружения. Напротив, полупроводниковые материалы на основе оксида галлия с широкой запрещенной зоной (WBG) демонстрируют большой потенциал для фотоэлектрического обнаружения высоких энергий. Однако из-за неизбежной ловушки глубоких уровней на стороне материала и отсутствия эффективной конструкции структуры устройства сложно реализовать высокочувствительные и быстродействующие детекторы фотонов высокой энергии на основе широкозонных полупроводников. Чтобы решить эти проблемы, исследовательская группа в Китае впервые разработала пироэлектрический фотопроводящий диод (PPD) на основе PGR-GaOX. Путем объединения пироэлектрического эффекта на границе раздела с эффектом фотопроводимости значительно улучшаются характеристики обнаружения. PPD показал высокую чувствительность как к DUV, так и к рентгеновскому излучению, со скоростями отклика до 104 А/Вт и 105 мкКл×Гяир-1/см2 соответственно, что более чем в 100 раз выше, чем у предыдущих детекторов, изготовленных из аналогичных материалов. Кроме того, интерфейсный пироэлектрический эффект, обусловленный полярной симметрией обедненной области PGR-GaOX, позволяет увеличить скорость срабатывания детектора в 105 раз до 0,1 мс. По сравнению с обычными фотодиодами, PPDS с автономным питанием обеспечивают более высокий коэффициент усиления благодаря пироэлектрическим полям во время переключения света.
Кроме того, ППД может работать в режиме смещения, где коэффициент усиления сильно зависит от напряжения смещения, а сверхвысокий коэффициент усиления может быть достигнут за счет увеличения напряжения смещения. PPD имеет большой потенциал применения в системах улучшения изображений с низким энергопотреблением и высокой чувствительностью. Эта работа не только доказывает, что GaOX является многообещающим материалом для высокоэнергетических фотодетекторов, но также предлагает новую стратегию для создания высокоэнергетических фотодетекторов с высокими характеристиками.
Время публикации: 10 сентября 2024 г.