Новыйвысокочувствительный фотодетектор
Недавно исследовательская группа Китайской академии наук (CAS) впервые предложила новую стратегию проектирования, основанную на поликристаллических материалах на основе оксида галлия с высоким содержанием галлия (PGR-GaOX), для обеспечения высокой чувствительности и высокой скорости отклика.фотодетекторчерез сопряженные пироэлектрические и фотопроводящие эффекты интерфейса, и соответствующее исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials.фотоэлектрические детекторы(для диапазонов глубокого ультрафиолета (DUV) и рентгеновского излучения) 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 с большим током утечки и низким коэффициентом поглощения рентгеновского излучения, что затрудняет удовлетворение требований высокопроизводительного обнаружения. В противоположность этому, широкозонные полупроводниковые материалы на основе оксида галлия демонстрируют большой потенциал для фотоэлектрического обнаружения высокоэнергетических частиц. Однако из-за неизбежной глубокой ловушки 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 из Китая впервые разработала пироэлектрический фотопроводящий диод (PPD) на основе PGR-GaOX. Благодаря сочетанию пироэлектрического эффекта интерфейса с эффектом фотопроводимости, характеристики обнаружения значительно улучшаются. PPD продемонстрировал высокую чувствительность как к DUV, так и к рентгеновскому излучению, со скоростью отклика до 104 А/Вт и 105 мкКл×Гц воздух-1/см2 соответственно, что более чем в 100 раз превышает показатели предыдущих детекторов из аналогичных материалов. Кроме того, пироэлектрический эффект интерфейса, обусловленный полярной симметрией обедненной области PGR-GaOX, может увеличить скорость отклика детектора в 105 раз до 0,1 мс. По сравнению с обычными фотодиодами, PPDS с автономным питанием обеспечивают более высокий коэффициент усиления за счет пироэлектрических полей при переключении света.
Кроме того, PPD может работать в режиме смещения, где коэффициент усиления сильно зависит от напряжения смещения, а сверхвысокий коэффициент усиления может быть достигнут за счёт повышения напряжения смещения. PPD имеет большой потенциал применения в системах с низким энергопотреблением и высокой чувствительностью для улучшения изображений. Эта работа не только доказывает, что GaOX является перспективнымвысокоэнергетический фотодетекторматериала, но и обеспечивает новую стратегию создания высокопроизводительных фотодетекторов высокой энергии.
Время публикации: 10 сентября 2024 г.