Novo istraživanje niskodimenzionalnog lavinskog fotodetektora
Visokoosjetljiva detekcija tehnologija s malo fotona ili čak jednim fotonom ima značajne mogućnosti primjene u područjima kao što su snimanje pri slabom osvjetljenju, daljinsko istraživanje i telemetrija, kao i kvantna komunikacija. Među njima, lavinski fotodetektori (APD) postali su važan smjer u području istraživanja optoelektroničkih uređaja zbog svoje male veličine, visoke učinkovitosti i jednostavne integracije. Omjer signala i šuma (SNR) važan je pokazatelj APD fotodetektora, koji zahtijeva visoko pojačanje i nisku tamnu struju. Istraživanje dvodimenzionalnih (2D) van der Waalsovih heterospojeva pokazuje široke mogućnosti u razvoju visokoučinkovitih APD-ova. Istraživači iz Kine odabrali su bipolarni dvodimenzionalni poluvodički materijal WSe₂ kao fotoosjetljivi materijal i pažljivo pripremili strukturu Pt/WSe₂/Ni.APD fotodetektors najboljom odgovarajućom radnom funkcijom za rješavanje problema inherentnog šuma pojačanja tradicionalnog APD-a.
Istraživači su predložilifotodetektor lavinana temelju Pt/WSe₂/Ni strukture, postižući visoko osjetljivu detekciju izuzetno slabih svjetlosnih signala na fW razini na sobnoj temperaturi. Odabrali su dvodimenzionalni poluvodički materijal WSe₂, koji ima izvrsna električna svojstva, i kombinirali ga s Pt i Ni elektrodnim materijalima kako bi uspješno razvili novu vrstu lavinskog fotodetektora. Preciznom optimizacijom podudaranja radne funkcije između Pt, WSe₂ i Ni, dizajniran je transportni mehanizam koji može učinkovito blokirati tamne nosioce, a istovremeno selektivno propuštati fotogenerirane nosioce. Ovaj mehanizam značajno smanjuje višak šuma uzrokovan ionizacijom udara nosioca, omogućujući fotodetektoru da postigne visoko osjetljivu detekciju optičkog signala na izuzetno niskoj razini šuma.
Ova studija pokazuje ključnu ulogu inženjerstva materijala i optimizacije međupovršine u poboljšanju performansifotodetektoriDomišljatim dizajnom elektroda i dvodimenzionalnih materijala postignut je učinak zaštite tamnih nositelja naboja, čime se značajno smanjuje interferencija šuma i dodatno poboljšava učinkovitost detekcije. Performanse ovog detektora ne odražavaju se samo u njegovim fotoelektričnim karakteristikama, već imaju i široke mogućnosti primjene. Zahvaljujući učinkovitom blokiranju tamne struje na sobnoj temperaturi i učinkovitoj apsorpciji fotogeneriranih nositelja, ovaj fotodetektor je posebno prikladan za detekciju slabih svjetlosnih signala u područjima kao što su praćenje okoliša, astronomsko promatranje i optička komunikacija. Ovo istraživačko postignuće ne samo da pruža nove ideje za razvoj fotodetektora od niskodimenzionalnih materijala, već nudi i nove reference za buduća istraživanja i razvoj visokoučinkovitih i niskoenergetskih optoelektroničkih uređaja.
Vrijeme objave: 27. kolovoza 2025.