Νέος φωτοανιχνευτής υψηλής ευαισθησίας
Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (CAS) βασισμένη σε πολυκρυσταλλικά υλικά οξειδίου του γαλλίου πλούσια σε γάλλιο (PGR-GaOX) πρότεινε για πρώτη φορά μια νέα στρατηγική σχεδιασμού για υψηλής ευαισθησίας και υψηλή ταχύτητα απόκρισης υψηλής φωτοανιχνευτή μέσω συζευγμένης πυροηλεκτρικής διεπαφής και εφέ φωτοαγωγιμότητας και η σχετική έρευνα δημοσιεύτηκε στο Advanced Materials. Οι φωτοηλεκτρικοί ανιχνευτές υψηλής ενέργειας (για ζώνες βαθιάς υπεριώδους (DUV) έως ακτίνες Χ) είναι κρίσιμοι σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της εθνικής ασφάλειας, της ιατρικής και της βιομηχανικής επιστήμης.
Ωστόσο, τα τρέχοντα υλικά ημιαγωγών όπως το Si και το α-Se έχουν τα προβλήματα του μεγάλου ρεύματος διαρροής και του χαμηλού συντελεστή απορρόφησης ακτίνων Χ, που είναι δύσκολο να καλύψει τις ανάγκες ανίχνευσης υψηλής απόδοσης. Αντίθετα, τα υλικά οξειδίου του γαλλίου ημιαγωγών με διάκενο ευρείας ζώνης (WBG) δείχνουν μεγάλες δυνατότητες για φωτοηλεκτρική ανίχνευση υψηλής ενέργειας. Ωστόσο, λόγω της αναπόφευκτης παγίδας βαθιάς στάθμης στην πλευρά του υλικού και της έλλειψης αποτελεσματικού σχεδιασμού στη δομή της συσκευής, είναι δύσκολο να πραγματοποιηθούν ανιχνευτές φωτονίων υψηλής ενέργειας υψηλής ευαισθησίας και υψηλής ταχύτητας απόκρισης που βασίζονται σε ημιαγωγούς ευρείας ζώνης. Για να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις, μια ερευνητική ομάδα στην Κίνα σχεδίασε για πρώτη φορά μια πυροηλεκτρική φωτοαγώγιμη δίοδο (PPD) βασισμένη στο PGR-GaOX. Με τη σύζευξη του πυροηλεκτρικού φαινομένου διεπαφής με το φαινόμενο φωτοαγωγιμότητας, η απόδοση ανίχνευσης βελτιώνεται σημαντικά. Το PPD έδειξε υψηλή ευαισθησία τόσο στις ακτίνες DUV όσο και στις ακτίνες Χ, με ρυθμούς απόκρισης έως 104A/W και 105μC×Gyair-1/cm2, αντίστοιχα, περισσότερο από 100 φορές υψηλότεροι από προηγούμενους ανιχνευτές κατασκευασμένους από παρόμοια υλικά. Επιπλέον, το πυροηλεκτρικό φαινόμενο διεπαφής που προκαλείται από την πολική συμμετρία της περιοχής εξάντλησης PGR-GaOX μπορεί να αυξήσει την ταχύτητα απόκρισης του ανιχνευτή κατά 105 φορές σε 0,1 ms. Σε σύγκριση με τις συμβατικές φωτοδίοδοι, η αυτοτροφοδοτούμενη λειτουργία PPDS παράγει υψηλότερα κέρδη λόγω των πυροηλεκτρικών πεδίων κατά την εναλλαγή φωτός.
Επιπλέον, το PPD μπορεί να λειτουργήσει σε λειτουργία πόλωσης, όπου το κέρδος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την τάση πόλωσης και το εξαιρετικά υψηλό κέρδος μπορεί να επιτευχθεί αυξάνοντας την τάση πόλωσης. Το PPD έχει μεγάλες δυνατότητες εφαρμογής σε συστήματα βελτίωσης απεικόνισης χαμηλής κατανάλωσης και υψηλής ευαισθησίας. Αυτή η εργασία όχι μόνο αποδεικνύει ότι το GaOX είναι ένα πολλά υποσχόμενο υλικό φωτοανιχνευτή υψηλής ενέργειας, αλλά παρέχει επίσης μια νέα στρατηγική για την υλοποίηση φωτοανιχνευτών υψηλής απόδοσης υψηλής ενέργειας.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-10-2024