Νέα έρευνα για φωτοανιχνευτή χιονοστιβάδας χαμηλής διάστασης
Η ανίχνευση υψηλής ευαισθησίας τεχνολογιών λίγων ή ακόμη και μονοφωτονίων προσφέρει σημαντικές προοπτικές εφαρμογής σε τομείς όπως η απεικόνιση χαμηλού φωτισμού, η τηλεπισκόπηση και η τηλεμετρία, καθώς και η κβαντική επικοινωνία. Μεταξύ αυτών, οι φωτοανιχνευτές χιονοστιβάδας (APD) έχουν γίνει μια σημαντική κατεύθυνση στον τομέα της έρευνας οπτοηλεκτρονικών συσκευών λόγω του μικρού τους μεγέθους, της υψηλής απόδοσης και της εύκολης ενσωμάτωσής τους. Ο λόγος σήματος προς θόρυβο (SNR) είναι ένας σημαντικός δείκτης του φωτοανιχνευτή APD, ο οποίος απαιτεί υψηλό κέρδος και χαμηλό σκοτεινό ρεύμα. Η έρευνα σε δισδιάστατα (2D) υλικά van der Waals ετεροεπαφές δείχνει ευρείες προοπτικές στην ανάπτυξη APD υψηλής απόδοσης. Ερευνητές από την Κίνα επέλεξαν το διπολικό δισδιάστατο ημιαγωγικό υλικό WSe₂ ως το φωτοευαίσθητο υλικό και προετοίμασαν προσεκτικά τη δομή Pt/WSe₂/Ni.Φωτοανιχνευτής APDμε την καλύτερη αντιστοίχιση συνάρτησης εργασίας για την επίλυση του εγγενούς προβλήματος θορύβου κέρδους του παραδοσιακού APD.
Οι ερευνητές έχουν προτείνει έναφωτοανιχνευτής χιονοστιβάδαςβασισμένο στη δομή Pt/WSe₂/Ni, επιτυγχάνοντας εξαιρετικά ευαίσθητη ανίχνευση εξαιρετικά ασθενών φωτεινών σημάτων σε επίπεδο fW σε θερμοκρασία δωματίου. Επέλεξαν το δισδιάστατο ημιαγωγικό υλικό WSe₂, το οποίο έχει εξαιρετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, και το συνδύασαν με υλικά ηλεκτροδίων Pt και Ni για να αναπτύξουν με επιτυχία έναν νέο τύπο φωτοανιχνευτή χιονοστιβάδας. Βελτιστοποιώντας με ακρίβεια την αντιστοίχιση της συνάρτησης έργου μεταξύ Pt, WSe₂ και Ni, σχεδιάστηκε ένας μηχανισμός μεταφοράς που μπορεί να μπλοκάρει αποτελεσματικά τους σκοτεινούς φορείς, επιτρέποντας παράλληλα επιλεκτικά στους φωτογεννημένους φορείς να διέλθουν. Αυτός ο μηχανισμός μειώνει σημαντικά τον υπερβολικό θόρυβο που προκαλείται από τον ιονισμό πρόσκρουσης φορέα, επιτρέποντας στον φωτοανιχνευτή να επιτύχει εξαιρετικά ευαίσθητη ανίχνευση οπτικού σήματος σε εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο θορύβου.
Αυτή η μελέτη καταδεικνύει τον κρίσιμο ρόλο της μηχανικής υλικών και της βελτιστοποίησης διεπαφών στη βελτίωση της απόδοσης τωνφωτοανιχνευτέςΜέσω του έξυπνου σχεδιασμού ηλεκτροδίων και δισδιάστατων υλικών, επιτεύχθηκε το φαινόμενο θωράκισης των σκοτεινών φορέων, μειώνοντας σημαντικά την παρεμβολή θορύβου και βελτιώνοντας περαιτέρω την αποτελεσματικότητα της ανίχνευσης. Η απόδοση αυτού του ανιχνευτή δεν αντικατοπτρίζεται μόνο στα φωτοηλεκτρικά του χαρακτηριστικά, αλλά έχει και ευρείες προοπτικές εφαρμογής. Με τον αποτελεσματικό αποκλεισμό του σκοτεινού ρεύματος σε θερμοκρασία δωματίου και την αποτελεσματική απορρόφηση των φωτοπαραγόμενων φορέων, αυτός ο φωτοανιχνευτής είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για την ανίχνευση ασθενών φωτεινών σημάτων σε τομείς όπως η περιβαλλοντική παρακολούθηση, η αστρονομική παρατήρηση και η οπτική επικοινωνία. Αυτό το ερευνητικό επίτευγμα όχι μόνο παρέχει νέες ιδέες για την ανάπτυξη φωτοανιχνευτών υλικών χαμηλών διαστάσεων, αλλά προσφέρει επίσης νέες αναφορές για τη μελλοντική έρευνα και ανάπτυξη οπτοηλεκτρονικών συσκευών υψηλής απόδοσης και χαμηλής ισχύος.
Ώρα δημοσίευσης: 27 Αυγούστου 2025