Новое исследование низкоразмерного лавинного фотодетектора
Высокочувствительное детектирование малофотонных или даже однофотонных технологий открывает значительные перспективы применения в таких областях, как получение изображений при слабом освещении, дистанционное зондирование и телеметрия, а также квантовая связь. Среди них лавинные фотодетекторы (ЛФД) стали важным направлением в исследовании оптоэлектронных устройств благодаря своим малым размерам, высокой эффективности и простоте интеграции. Отношение сигнал/шум (ОСШ) является важным показателем для ЛФД, требующим высокого коэффициента усиления и низкого темнового тока. Исследования двумерных (2D) материалов с ван-дер-ваальсовыми гетеропереходами демонстрируют широкие перспективы в разработке высокопроизводительных ЛФД. Китайские исследователи выбрали биполярный двумерный полупроводниковый материал WSe₂ в качестве фоточувствительного материала и тщательно подготовили структуру Pt/WSe₂/Ni.Фотодетектор APDс наилучшим соответствием рабочей функции для решения проблемы шума усиления, присущей традиционным APD.
Исследователи предложилилавинный фотодетекторНа основе структуры Pt/WSe₂/Ni удалось достичь высокочувствительного обнаружения крайне слабых световых сигналов на уровне прерывистого пробоя (fW) при комнатной температуре. Они выбрали двумерный полупроводниковый материал WSe₂, обладающий превосходными электрическими свойствами, и объединили его с электродными материалами Pt и Ni для успешной разработки нового типа лавинного фотодетектора. Благодаря точной оптимизации согласования работы выхода Pt, WSe₂ и Ni был разработан транспортный механизм, способный эффективно блокировать темные носители заряда, селективно пропуская фотогенерированные носители. Этот механизм значительно снижает избыточный шум, вызванный ударной ионизацией носителей заряда, что позволяет фотодетектору достигать высокочувствительного обнаружения оптического сигнала при чрезвычайно низком уровне шума.
Это исследование демонстрирует решающую роль инженерии материалов и оптимизации интерфейса в повышении производительностифотодетекторыБлагодаря продуманной конструкции электродов и двумерных материалов был достигнут эффект экранирования темных носителей заряда, что значительно снизило уровень шумовых помех и дополнительно повысило эффективность обнаружения. Эффективность этого детектора не только отражается в его фотоэлектрических характеристиках, но и открывает широкие перспективы применения. Благодаря эффективному блокированию темнового тока при комнатной температуре и эффективному поглощению фотогенерированных носителей заряда этот фотодетектор особенно подходит для обнаружения слабых световых сигналов в таких областях, как мониторинг окружающей среды, астрономические наблюдения и оптическая связь. Это научное достижение не только открывает новые идеи для разработки фотодетекторов на основе низкоразмерных материалов, но и предлагает новые ориентиры для будущих исследований и разработок высокопроизводительных и маломощных оптоэлектронных устройств.
Время публикации: 27 августа 2025 г.