Υψηλής απόδοσης, αυτόνομουπέρυθρος φωτοανιχνευτής
υπέρυθρεςφωτοανιχνευτήςΈχει τα χαρακτηριστικά ισχυρής αντιπαρεμβατικής ικανότητας, ισχυρής αναγνώρισης στόχων, λειτουργίας παντός καιρού και καλής απόκρυψης. Παίζει ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο σε τομείς όπως η ιατρική, ο στρατός, η διαστημική τεχνολογία και η περιβαλλοντική μηχανική. Μεταξύ αυτών, το αυτοκινούμενοφωτοηλεκτρική ανίχνευσηΈνα τσιπ που μπορεί να λειτουργεί ανεξάρτητα χωρίς εξωτερική πρόσθετη τροφοδοσία ρεύματος έχει προσελκύσει εκτεταμένη προσοχή στον τομέα της ανίχνευσης υπέρυθρων λόγω της μοναδικής του απόδοσης (όπως ενεργειακή ανεξαρτησία, υψηλή ευαισθησία και σταθερότητα κ.λπ.). Αντίθετα, τα παραδοσιακά φωτοηλεκτρικά τσιπ ανίχνευσης, όπως τα υπέρυθρα τσιπ με βάση το πυρίτιο ή τα ημιαγωγούς στενού εύρους ζώνης, όχι μόνο απαιτούν πρόσθετες τάσεις πόλωσης για να οδηγήσουν τον διαχωρισμό των φωτοπαραγόμενων φορέων για την παραγωγή φωτορευμάτων, αλλά χρειάζονται επίσης πρόσθετα συστήματα ψύξης για τη μείωση του θερμικού θορύβου και τη βελτίωση της απόκρισης. Επομένως, έχει καταστεί δύσκολο να ανταποκριθούμε στις νέες έννοιες και απαιτήσεις της επόμενης γενιάς τσιπ ανίχνευσης υπέρυθρων στο μέλλον, όπως η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, το μικρό μέγεθος, το χαμηλό κόστος και η υψηλή απόδοση.
Πρόσφατα, ερευνητικές ομάδες από την Κίνα και τη Σουηδία πρότειναν ένα νέο αυτοκινούμενο φωτοηλεκτρικό τσιπ ανίχνευσης βραχέων κυμάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας (SWIR) με ετεροεπαφή καρφιτσών, βασισμένο σε μεμβράνες νανοταινίας γραφενίου (GNR)/αλουμίνα/μονοκρυσταλλικό πυρίτιο. Υπό τη συνδυασμένη επίδραση του οπτικού φαινομένου πύλης που ενεργοποιείται από την ετερογενή διεπαφή και το ενσωματωμένο ηλεκτρικό πεδίο, το τσιπ επέδειξε εξαιρετικά υψηλή απόδοση απόκρισης και ανίχνευσης σε μηδενική τάση πόλωσης. Το φωτοηλεκτρικό τσιπ ανίχνευσης έχει ρυθμό απόκρισης έως και 75,3 A/W σε αυτοκινούμενη λειτουργία, ρυθμό ανίχνευσης 7,5 × 10¹⁴ Jones και εξωτερική κβαντική απόδοση κοντά στο 104%, βελτιώνοντας την απόδοση ανίχνευσης του ίδιου τύπου τσιπ με βάση το πυρίτιο κατά ένα ρεκόρ 7 τάξεων μεγέθους. Επιπλέον, υπό τη συμβατική λειτουργία οδήγησης, ο ρυθμός απόκρισης, ο ρυθμός ανίχνευσης και η εξωτερική κβαντική απόδοση του τσιπ είναι όλα υψηλά έως και 843 A/W, 10¹⁵ Jones και 105% αντίστοιχα, οι οποίες είναι όλες οι υψηλότερες τιμές που έχουν αναφερθεί στην τρέχουσα έρευνα. Εν τω μεταξύ, αυτή η έρευνα κατέδειξε επίσης την εφαρμογή του φωτοηλεκτρικού τσιπ ανίχνευσης σε πραγματικές συνθήκες στους τομείς της οπτικής επικοινωνίας και της υπέρυθρης απεικόνισης, υπογραμμίζοντας το τεράστιο δυναμικό εφαρμογής του.
Προκειμένου να μελετηθεί συστηματικά η φωτοηλεκτρική απόδοση του φωτοανιχνευτή που βασίζεται σε νανοταινίες γραφενίου /Al₂O₃/ μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, οι ερευνητές εξέτασαν τις στατικές (καμπύλη ρεύματος-τάσης) και δυναμικές χαρακτηριστικές αποκρίσεις του (καμπύλη ρεύματος-χρόνου). Για να αξιολογηθούν συστηματικά τα οπτικά χαρακτηριστικά απόκρισης του φωτοανιχνευτή ετεροδομής μονοκρυσταλλικού πυριτίου με νανοταινία γραφενίου /Al₂O₃/ υπό διαφορετικές τάσεις πόλωσης, οι ερευνητές μέτρησαν την δυναμική απόκριση ρεύματος της συσκευής σε πόλωση 0 V, -1 V, -3 V και -5 V, με οπτική πυκνότητα ισχύος 8,15 μW/cm². Το φωτορεύμα αυξάνεται με την αντίστροφη πόλωση και δείχνει γρήγορη ταχύτητα απόκρισης σε όλες τις τάσεις πόλωσης.
Τέλος, οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα σύστημα απεικόνισης και πέτυχαν με επιτυχία την αυτοτροφοδοτούμενη απεικόνιση βραχέων κυμάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας. Το σύστημα λειτουργεί με μηδενική πόλωση και δεν έχει καθόλου κατανάλωση ενέργειας. Η ικανότητα απεικόνισης του φωτοανιχνευτή αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας μια μαύρη μάσκα με το μοτίβο του γράμματος "T" (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1).
Συμπερασματικά, αυτή η έρευνα κατασκεύασε με επιτυχία αυτοτροφοδοτούμενους φωτοανιχνευτές βασισμένους σε νανοκορδέλες γραφενίου και πέτυχε ένα πρωτοφανές υψηλό ποσοστό απόκρισης. Εν τω μεταξύ, οι ερευνητές απέδειξαν με επιτυχία τις δυνατότητες οπτικής επικοινωνίας και απεικόνισης αυτού του...φωτοανιχνευτής υψηλής απόκρισηςΑυτό το ερευνητικό επίτευγμα όχι μόνο παρέχει μια πρακτική προσέγγιση για την ανάπτυξη νανοταινιών γραφενίου και οπτοηλεκτρονικών συσκευών με βάση το πυρίτιο, αλλά καταδεικνύει επίσης την εξαιρετική τους απόδοση ως αυτοτροφοδοτούμενοι φωτοανιχνευτές υπέρυθρης ακτινοβολίας βραχέων κυμάτων.
Ώρα δημοσίευσης: 28 Απριλίου 2025