Lavtærskel infrarødlavinefotodetektor
Den infrarøde lavinefotodetektor (APD-fotodetektor) er en klasse affotoelektriske halvlederkomponenterder producerer høj forstærkning gennem kollisioniseringseffekten, for at opnå detektionsevnen for få fotoner eller endda enkelte fotoner. I konventionelle APD-fotodetektorstrukturer fører ikke-ligevægtsbærerspredningsprocessen imidlertid til energitab, således at lavinetærskelspændingen normalt skal nå 50-200 V. Dette stiller højere krav til enhedens drivspænding og udlæsningskredsløbsdesign, hvilket øger omkostningerne og begrænser bredere anvendelser.
For nylig har kinesisk forskning foreslået en ny struktur for en lavine nær infrarød detektor med lav lavintærskelspænding og høj følsomhed. Baseret på den selvdopende homojunction af atomlaget løser lavinefotodetektoren den skadelige spredning induceret af grænsefladedefekttilstand, som er uundgåelig i heterojunction. Samtidig bruges det stærke lokale "peak" elektriske felt induceret af translationssymmetribrud til at forbedre Coulomb-interaktionen mellem bærere, undertrykke den off-plane fonon-tilstandsdominerede spredning og opnå en høj fordoblingseffektivitet af ikke-ligevægtsbærere. Ved stuetemperatur er tærskelenergien tæt på den teoretiske grænse Eg (Eg er halvlederens båndgab), og detektionsfølsomheden for den infrarøde lavinedetektor er op til 10000 fotonniveau.
Denne undersøgelse er baseret på atomlags-selvdoteret wolfram diselenid (WSe₂) homojunction (todimensionelt overgangsmetal chalcogenid, TMD) som forstærkningsmedium for ladningsbærerlaviner. Den rumlige translationelle symmetribrydning opnås ved at designe en topografisk trinmutation for at inducere et stærkt lokalt "spike" elektrisk felt ved mutantens homojunction-grænseflade.
Derudover kan atomtykkelsen undertrykke spredningsmekanismen, der domineres af fonontilstanden, og realisere accelerations- og multiplikationsprocessen for ikke-ligevægtsbærere med meget lavt tab. Dette bringer lavinens tærskelenergi ved stuetemperatur tæt på den teoretiske grænse, dvs. halvledermaterialets båndgab, f.eks. Lavinens tærskelspænding blev reduceret fra 50 V til 1,6 V, hvilket giver forskerne mulighed for at bruge modne lavspændings digitale kredsløb til at drive lavinen.fotodetektorsamt driverdioder og transistorer. Denne undersøgelse realiserer effektiv konvertering og udnyttelse af ikke-ligevægtsbærerenergi gennem design af en lavtærskel lavinemultiplikationseffekt, hvilket giver et nyt perspektiv for udviklingen af den næste generation af meget følsom, lavtærskel og højforstærknings lavine infrarød detektionsteknologi.
Opslagstidspunkt: 16. april 2025