Новыйфотодетектор высокой чувствительности
Недавно исследовательская группа Китайской академии наук (КАН) на основе поликристаллических материалов из оксида галлия, обогащенного галлием (PGR-GaOX), впервые предложила новую стратегию проектирования для достижения высокой чувствительности и высокой скорости отклика.фотодетекторпосредством сопряженных эффектов пироэлектрической и фотопроводящей проводимости на границе раздела, а соответствующие исследования были опубликованы в журнале Advanced Materials. Высокоэнергетическиефотоэлектрические детекторы(для диапазонов от глубокого ультрафиолета (ДУВ) до рентгеновского излучения) имеют решающее значение в различных областях, включая национальную безопасность, медицину и промышленную науку.
Однако существующие полупроводниковые материалы, такие как Si и α-Se, имеют проблемы, связанные с большим током утечки и низким коэффициентом поглощения рентгеновского излучения, что затрудняет удовлетворение потребностей в высокоэффективном детектировании. В отличие от них, полупроводниковые материалы на основе оксида галлия с широкой запрещенной зоной (WBG) демонстрируют большой потенциал для высокоэнергетического фотоэлектрического детектирования. Однако из-за неизбежных ловушек глубоких уровней на стороне материала и отсутствия эффективного проектирования структуры устройства, создание высокочувствительных и высокоскоростных детекторов высокоэнергетических фотонов на основе полупроводников с широкой запрещенной зоной представляет собой сложную задачу. Для решения этих проблем исследовательская группа в Китае впервые разработала пироэлектрический фотопроводящий диод (PPD) на основе PGR-GaOX. Благодаря сочетанию пироэлектрического эффекта на границе раздела с фотопроводящим эффектом, значительно улучшены характеристики детектирования. Фотодиод PPD продемонстрировал высокую чувствительность как к ультрафиолетовому, так и к рентгеновскому излучению, с коэффициентами отклика до 104 А/Вт и 105 мкКл × Гyair⁻¹/см², что более чем в 100 раз выше, чем у предыдущих детекторов, изготовленных из аналогичных материалов. Кроме того, пироэлектрический эффект на границе раздела, вызванный полярной симметрией обедненной области PGR-GaOX, может увеличить скорость отклика детектора в 105 раз до 0,1 мс. По сравнению с обычными фотодиодами, фотодиоды PPD с автономным питанием обеспечивают более высокое усиление за счет пироэлектрических полей во время переключения света.
Кроме того, PPD может работать в режиме смещения, где коэффициент усиления сильно зависит от напряжения смещения, а сверхвысокое усиление может быть достигнуто путем увеличения напряжения смещения. PPD обладает большим потенциалом применения в системах улучшения изображения с низким энергопотреблением и высокой чувствительностью. Эта работа не только доказывает, что GaOX является перспективным материалом.фотодетектор высокой энергииматериал, а также предлагает новую стратегию для создания высокоэффективных фотодетекторов с высокой энергией.
Дата публикации: 10 сентября 2024 г.