Visokoučinkoviti samohodniinfracrveni fotodetektor
infracrvenifotodetektorima karakteristike snažne sposobnosti sprječavanja smetnji, snažnog prepoznavanja ciljeva, rada u svim vremenskim uvjetima i dobre prikrivenosti. Igra sve važniju ulogu u područjima kao što su medicina, vojska, svemirska tehnologija i inženjerstvo zaštite okoliša. Među njima su i samohodnifotoelektrična detekcijaČip koji može raditi samostalno bez vanjskog dodatnog napajanja privukao je veliku pozornost u području infracrvene detekcije zbog svojih jedinstvenih performansi (kao što su energetska neovisnost, visoka osjetljivost i stabilnost itd.). Nasuprot tome, tradicionalni fotoelektrični detekcijski čipovi, poput infracrvenih čipova na bazi silicija ili poluvodiča s uskim pojasnim razmakom, ne samo da zahtijevaju dodatne napone prednapona za pokretanje odvajanja fotogeneriranih nositelja radi stvaranja fotostruja, već trebaju i dodatne sustave hlađenja za smanjenje toplinske buke i poboljšanje odziva. Stoga je postalo teško zadovoljiti nove koncepte i zahtjeve sljedeće generacije infracrvenih detekcijskih čipova u budućnosti, kao što su niska potrošnja energije, mala veličina, niska cijena i visoke performanse.
Nedavno su istraživački timovi iz Kine i Švedske predložili novi pin-heterospojni samopokretajući kratkovalni infracrveni (SWIR) fotoelektrični detekcijski čip baziran na filmovima grafen nanotrake (GNR)/aluminijevom oksidu/monokristalnom siliciju. Pod kombiniranim učinkom optičkog efekta zatvaranja izazvanog heterogenim sučeljem i ugrađenim električnim poljem, čip je pokazao ultra visoke performanse odziva i detekcije pri nultom naponu prednapona. Fotoelektrični detekcijski čip ima brzinu odziva od čak 75,3 A/W u samopokretačkom načinu rada, brzinu detekcije od 7,5 × 10¹⁴ Jonesa i vanjsku kvantnu učinkovitost blizu 104%, poboljšavajući performanse detekcije iste vrste silicijevih čipova za rekordnih 7 redova veličine. Osim toga, pod konvencionalnim načinom rada, brzina odziva, brzina detekcije i vanjska kvantna učinkovitost čipa su visoke do 843 A/W, 10¹⁵ Jonesa i 105%, što su sve najviše vrijednosti zabilježene u trenutnim istraživanjima. U međuvremenu, ovo istraživanje je također pokazalo primjenu fotoelektričnog detekcijskog čipa u stvarnom svijetu u područjima optičke komunikacije i infracrvenog snimanja, ističući njegov ogroman potencijal primjene.
Kako bi sustavno proučili fotoelektrične performanse fotodetektora temeljenog na grafenskim nanotrakama /Al₂O₃/ monokristalnom siliciju, istraživači su testirali njegove statičke (krivulja struja-napon) i dinamičke karakteristične odzive (krivulja struja-vrijeme). Kako bi sustavno procijenili optičke karakteristike odziva fotodetektora od grafenskih nanotraka /Al₂O₃/ monokristalnog silicija pod različitim naponima prednapona, istraživači su izmjerili dinamički odziv struje uređaja pri naponima od 0 V, -1 V, -3 V i -5 V, s gustoćom optičke snage od 8,15 μW/cm². Fotostruja se povećava s obrnutim naponom prednapona i pokazuje brzu brzinu odziva pri svim naponima prednapona.
Konačno, istraživači su izradili sustav za snimanje i uspješno postigli samostalno snimanje kratkovalnog infracrvenog zračenja. Sustav radi pod nultom pristranošću i uopće ne troši energiju. Sposobnost snimanja fotodetektora procijenjena je pomoću crne maske s uzorkom slova „T“ (kao što je prikazano na slici 1).
Zaključno, ovo istraživanje uspješno je izradilo fotodetektore s vlastitim napajanjem na bazi grafenskih nanotraka i postiglo rekordno visoku stopu odziva. U međuvremenu, istraživači su uspješno demonstrirali optičke komunikacijske i slikovne mogućnosti ovog...visoko responzivni fotodetektorOvo istraživačko postignuće ne samo da pruža praktičan pristup razvoju grafenskih nanotraka i optoelektroničkih uređaja na bazi silicija, već i pokazuje njihove izvrsne performanse kao samostalnih kratkovalnih infracrvenih fotodetektora.
Vrijeme objave: 28. travnja 2025.