Υπέρυθρες ακτίνες χαμηλού ορίουφωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας
Ο υπέρυθρος φωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας (Φωτοανιχνευτής APD) είναι μια κατηγορίαφωτοηλεκτρικές συσκευές ημιαγωγώνπου παράγουν υψηλό κέρδος μέσω του φαινομένου ιονισμού σύγκρουσης, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η ικανότητα ανίχνευσης λίγων φωτονίων ή ακόμη και μεμονωμένων φωτονίων. Ωστόσο, σε συμβατικές δομές φωτοανιχνευτών APD, η διαδικασία σκέδασης φορέων εκτός ισορροπίας οδηγεί σε απώλεια ενέργειας, έτσι ώστε η τάση κατωφλίου χιονοστιβάδας συνήθως να πρέπει να φτάσει τα 50-200 V. Αυτό θέτει υψηλότερες απαιτήσεις στην τάση οδήγησης της συσκευής και στο σχεδιασμό του κυκλώματος ανάγνωσης, αυξάνοντας το κόστος και περιορίζοντας ευρύτερες εφαρμογές.
Πρόσφατα, κινεζική έρευνα πρότεινε μια νέα δομή ανιχνευτή χιονοστιβάδας εγγύς υπέρυθρου με χαμηλή τάση κατωφλίου χιονοστιβάδας και υψηλή ευαισθησία. Με βάση την αυτο-προσροφώμενη ομοεπαφή του ατομικού στρώματος, ο φωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας επιλύει την επιβλαβή σκέδαση που προκαλείται από την κατάσταση ελαττώματος διεπαφής, η οποία είναι αναπόφευκτη στην ετεροεπαφή. Εν τω μεταξύ, το ισχυρό τοπικό ηλεκτρικό πεδίο "κορυφής" που προκαλείται από τη διακοπή της συμμετρίας μετάφρασης χρησιμοποιείται για την ενίσχυση της αλληλεπίδρασης Coulomb μεταξύ των φορέων, την καταστολή της σκέδασης που κυριαρχείται από τη λειτουργία φωνών εκτός επιπέδου και την επίτευξη υψηλής απόδοσης διπλασιασμού των φορέων εκτός ισορροπίας. Σε θερμοκρασία δωματίου, η ενέργεια κατωφλίου είναι κοντά στο θεωρητικό όριο Eg (Eg είναι το ενεργειακό χάσμα του ημιαγωγού) και η ευαισθησία ανίχνευσης του ανιχνευτή χιονοστιβάδας υπέρυθρου είναι έως και 10000 φωτονίων.
Αυτή η μελέτη βασίζεται σε αυτο-ντοπαρισμένο ομοεπαφή δισεληνιδίου βολφραμίου (WSe₂) σε ατομικό επίπεδο (δισδιάστατο χαλκογενίδιο μεταβατικού μετάλλου, TMD) ως μέσο κέρδους για χιονοστιβάδες φορέων φορτίου. Η σπάσιμο της χωρικής μεταφραστικής συμμετρίας επιτυγχάνεται με το σχεδιασμό μιας τοπογραφικής βαθμιδωτής μετάλλαξης για την πρόκληση ενός ισχυρού τοπικού ηλεκτρικού πεδίου "ακίδας" στη διεπαφή της μεταλλαγμένης ομοεπαφής.
Επιπλέον, το ατομικό πάχος μπορεί να καταστείλει τον μηχανισμό σκέδασης που κυριαρχείται από τη λειτουργία φωνώνων και να πραγματοποιήσει τη διαδικασία επιτάχυνσης και πολλαπλασιασμού του φορέα εκτός ισορροπίας με πολύ χαμηλές απώλειες. Αυτό φέρνει την ενέργεια κατωφλίου χιονοστιβάδας σε θερμοκρασία δωματίου κοντά στο θεωρητικό όριο, δηλαδή το ενεργειακό χάσμα ημιαγωγού υλικού. Π.χ. Η τάση κατωφλίου χιονοστιβάδας μειώθηκε από 50 V σε 1,6 V, επιτρέποντας στους ερευνητές να χρησιμοποιήσουν ώριμα ψηφιακά κυκλώματα χαμηλής τάσης για να οδηγήσουν τη χιονοστιβάδα.φωτοανιχνευτήςκαθώς και διόδους οδήγησης και τρανζίστορ. Αυτή η μελέτη πραγματοποιεί την αποτελεσματική μετατροπή και αξιοποίηση της ενέργειας φορέα εκτός ισορροπίας μέσω του σχεδιασμού φαινομένου πολλαπλασιασμού χιονοστιβάδας χαμηλού κατωφλίου, το οποίο παρέχει μια νέα προοπτική για την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς τεχνολογίας ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας χιονοστιβάδας υψηλής ευαισθησίας, χαμηλού κατωφλίου και υψηλού κέρδους.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Απριλίου 2025