Højtydende selvdrevet infrarød fotodetektor

Højtydende selvkørendeinfrarød fotodetektor

infrarødfotodetektorhar egenskaber som stærk anti-interferensevne, stærk målgenkendelsesevne, drift i al slags vejr og god skjulbarhed. Den spiller en stadig vigtigere rolle inden for områder som medicin, militær, rumteknologi og miljøteknik. Blandt dem er den selvkørendefotoelektrisk detektionChips, der kan fungere uafhængigt uden en ekstern ekstra strømforsyning, har tiltrukket sig stor opmærksomhed inden for infrarød detektion på grund af dens unikke ydeevne (såsom energiuafhængighed, høj følsomhed og stabilitet osv.). I modsætning hertil kræver traditionelle fotoelektriske detektionschips, såsom siliciumbaserede eller smalbåndsgab-halvlederbaserede infrarøde chips, ikke kun yderligere biasspændinger for at drive separationen af ​​fotogenererede bærere for at producere fotostrømme, men har også brug for yderligere kølesystemer for at reducere termisk støj og forbedre responsiviteten. Derfor er det blevet vanskeligt at opfylde de nye koncepter og krav fra den næste generation af infrarøde detektionschips i fremtiden, såsom lavt strømforbrug, lille størrelse, lave omkostninger og høj ydeevne.

For nylig har forskerhold fra Kina og Sverige foreslået en ny, selvdrevet kortbølget infrarød (SWIR) fotoelektrisk detektionschip med pin heterojunction baseret på grafen-nanobånd (GNR) film/aluminiumoxid/enkeltkrystal silicium. Under den kombinerede effekt af den optiske gating-effekt udløst af den heterogene grænseflade og det indbyggede elektriske felt demonstrerede chippen ultrahøj respons og detektionsydelse ved nul bias-spænding. Den fotoelektriske detektionschip har en responsrate på så høj som 75,3 A/W i selvdrevet tilstand, en detektionsrate på 7,5 × 10¹⁴ Jones og en ekstern kvanteeffektivitet tæt på 104%, hvilket forbedrer detektionsydelsen for den samme type siliciumbaserede chips med rekordhøje 7 størrelsesordener. Derudover er chippens responsrate, detektionsrate og eksterne kvanteeffektivitet under den konventionelle drevtilstand alle så høje som henholdsvis 843 A/W, 10¹⁵ Jones og 105%, som alle er de højeste værdier rapporteret i den nuværende forskning. I mellemtiden demonstrerede denne forskning også den praktiske anvendelse af den fotoelektriske detektionschip inden for optisk kommunikation og infrarød billeddannelse, hvilket fremhæver dens enorme anvendelsespotentiale.

For systematisk at studere fotodetektorens fotoelektriske ydeevne baseret på grafen-nanobånd /Al₂O₃/ enkeltkrystalsilicium, testede forskerne dens statiske (strøm-spændingskurve) og dynamiske karakteristiske responser (strøm-tidskurve). For systematisk at evaluere de optiske responskarakteristika for grafen-nanobånd /Al₂O₃/ monokrystallinsk silicium heterostrukturfotodetektor under forskellige biasspændinger, målte forskerne enhedens dynamiske strømrespons ved 0 V, -1 V, -3 V og -5 V bias, med en optisk effekttæthed på 8,15 μW/cm². Fotostrømmen stiger med den omvendte bias og viser en hurtig responshastighed ved alle biasspændinger.

Endelig fremstillede forskerne et billeddannelsessystem og opnåede med succes selvforsynet billeddannelse af kortbølget infrarødt. Systemet fungerer under nul bias og har slet intet energiforbrug. Fotodetektorens billeddannelseskapacitet blev evalueret ved hjælp af en sort maske med bogstavet "T"-mønster (som vist i figur 1).

Afslutningsvis har denne forskning med succes fremstillet selvdrevne fotodetektorer baseret på grafen-nanobånd og opnået en rekordhøj responsrate. I mellemtiden demonstrerede forskerne med succes de optiske kommunikations- og billeddannelsesfunktioner i denne ...meget responsiv fotodetektorDenne forskningspræstation giver ikke blot en praktisk tilgang til udviklingen af ​​grafen-nanobånd og siliciumbaserede optoelektroniske enheder, men demonstrerer også deres fremragende ydeevne som selvdrevne kortbølgede infrarøde fotodetektorer.