Ny højfølsom fotodetektor

Ny højfølsom fotodetektor

For nylig foreslog et forskerhold ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) baseret på polykrystallinske gallium-rige galliumoxidmaterialer (PGR-GaOX) for første gang en ny designstrategi for høj følsomhed og høj responshastighed høj fotodetektor gennem koblet interface pyroelektrisk og fotokonduktivitetseffekter, og den relevante forskning blev offentliggjort i Advanced Materials. Fotoelektriske detektorer med høj energi (til dyb ultraviolet (DUV) til røntgenbånd) er kritiske på en række forskellige områder, herunder national sikkerhed, medicin og industrividenskab.

Imidlertid har de nuværende halvledermaterialer som Si og α-Se problemer med stor lækstrøm og lav røntgenabsorptionskoefficient, hvilket er vanskeligt at opfylde behovene for højtydende detektion. I modsætning hertil viser wide-band gap (WBG) halvleder galliumoxidmaterialer et stort potentiale for højenergi fotoelektrisk detektion. Men på grund af den uundgåelige dybe niveaufælde på materialesiden og manglen på effektivt design på enhedsstrukturen, er det udfordrende at realisere høj følsomhed og høj responshastighed højenergi foton detektorer baseret på bredbåndsgab halvledere. For at løse disse udfordringer har et forskerhold i Kina for første gang designet en pyroelektrisk fotoledende diode (PPD) baseret på PGR-GaOX. Ved at koble den grænseflade pyroelektriske effekt med fotokonduktivitetseffekten forbedres detektionsydelsen væsentligt. PPD viste høj følsomhed over for både DUV og røntgenstråler med responsrater op til henholdsvis 104A/W og 105μC×Gyair-1/cm2, mere end 100 gange højere end tidligere detektorer lavet af lignende materialer. Derudover kan den grænseflade pyroelektriske effekt forårsaget af den polære symmetri af PGR-GaOX-udtømningsregionen øge detektorens responshastighed med 105 gange til 0,1ms. Sammenlignet med konventionelle fotodioder producerer selvforsynet tilstand PPDS højere forstærkninger på grund af pyroelektriske felter under lysskift.

Derudover kan PPD fungere i forspændingstilstand, hvor forstærkningen er meget afhængig af forspændingen, og ultrahøj forstærkning kan opnås ved at øge forspændingen. PPD har et stort anvendelsespotentiale i lavt energiforbrug og højfølsomme billedbehandlingsforbedringssystemer. Dette arbejde beviser ikke kun, at GaOX er et lovende højenergifotodetektormateriale, men giver også en ny strategi til realisering af højtydende højenergifotodetektorer.