High-performance na self-driven na infrared photodetector

High-performance na self-driveninfrared photodetector

infraredphotodetectoray may mga katangian ng malakas na kakayahan sa anti-interference, malakas na kakayahan sa pagkilala sa target, operasyon sa lahat ng panahon at mahusay na pagtatago. Ito ay gumaganap ng isang lalong mahalagang papel sa mga larangan tulad ng medisina, militar, teknolohiya sa espasyo at enhinyero sa kapaligiran. Kabilang sa mga ito, ang self-drivenphotoelectric detectionAng chip na maaaring gumana nang nakapag-iisa nang walang panlabas na karagdagang supply ng kuryente ay nakakuha ng malawak na atensyon sa larangan ng infrared detection dahil sa natatanging pagganap nito (tulad ng pagsasarili ng enerhiya, mataas na sensitivity at katatagan, atbp.). Sa kabaligtaran, ang mga tradisyonal na photoelectric detection chips, tulad ng silicon-based o narrowbandgap semiconductor-based infrared chips, ay hindi lamang nangangailangan ng mga karagdagang bias voltages upang himukin ang paghihiwalay ng mga photogenerated na carrier upang makagawa ng mga photocurrent, ngunit kailangan din ng mga karagdagang sistema ng paglamig upang mabawasan ang thermal noise at mapabuti ang pagtugon. Samakatuwid, naging mahirap na matugunan ang mga bagong konsepto at kinakailangan ng susunod na henerasyon ng mga infrared detection chips sa hinaharap, tulad ng mababang paggamit ng kuryente, maliit na sukat, mababang gastos at mataas na pagganap.

Kamakailan, iminungkahi ng mga research team mula sa China at Sweden ang isang novel pin heterojunction na self-driven short-wave infrared (SWIR) photoelectric detection chip batay sa graphene nanoribbon (GNR) na mga pelikula/alumina/single crystal silicon. Sa ilalim ng pinagsamang epekto ng optical gating effect na na-trigger ng heterogenous na interface at ng built-in na electric field, ang chip ay nagpakita ng ultra-high response at detection performance sa zero bias voltage. Ang photoelectric detection chip ay may A response rate na kasing taas ng 75.3 A/W sa self-driven mode, isang detection rate na 7.5 × 10¹⁴ Jones, at isang external na quantum efficiency na malapit sa 104%, na nagpapahusay sa detection performance ng parehong uri ng silicon-based na chips sa isang record na 7 order ng magnitude. Bukod pa rito, sa ilalim ng conventional drive mode, ang response rate ng chip, detection rate, at external quantum efficiency ay kasing taas ng 843 A/W, 10¹⁵ Jones, at 105% ayon sa pagkakabanggit, lahat ng ito ay ang pinakamataas na value na iniulat sa kasalukuyang pananaliksik. Samantala, ipinakita rin ng pananaliksik na ito ang real-world na aplikasyon ng photoelectric detection chip sa larangan ng optical communication at infrared imaging, na nagbibigay-diin sa malaking potensyal na aplikasyon nito.

Upang sistematikong pag-aralan ang photoelectric na pagganap ng photodetector batay sa graphene nanoribbons /Al₂O₃/ single crystal silicon, sinubukan ng mga mananaliksik ang static nito (current-voltage curve) at dynamic na katangian na mga tugon (current-time curve). Upang sistematikong suriin ang mga katangian ng optical response ng graphene nanoribbon /Al₂O₃/ monocrystalline silicon heterostructure photodetector sa ilalim ng iba't ibang bias voltages, sinukat ng mga mananaliksik ang dynamic na kasalukuyang tugon ng device sa 0 V, -1 V, -3 V at -5 V biases, na may optical power density na 8.15 μW/cm². Ang photocurrent ay tumataas kasama ang reverse bias at nagpapakita ng mabilis na bilis ng pagtugon sa lahat ng bias voltages.

Sa wakas, ang mga mananaliksik ay gumawa ng isang imaging system at matagumpay na nakamit ang self-powered imaging ng short-wave infrared. Ang sistema ay nagpapatakbo sa ilalim ng zero bias at walang pagkonsumo ng enerhiya. Ang kakayahan ng imaging ng photodetector ay nasuri gamit ang isang itim na maskara na may pattern ng titik na "T" (tulad ng ipinapakita sa Figure 1).

Sa konklusyon, matagumpay na ginawa ng pananaliksik na ito ang mga self-powered photodetector batay sa mga graphene nanoribbons at nakamit ang isang record-breaking na mataas na rate ng pagtugon. Samantala, matagumpay na ipinakita ng mga mananaliksik ang optical na komunikasyon at mga kakayahan sa imaging nitomataas na tumutugon photodetector. Ang tagumpay ng pananaliksik na ito ay hindi lamang nagbibigay ng isang praktikal na diskarte para sa pagbuo ng mga graphene nanoribbon at mga aparatong optoelectronic na nakabatay sa silicon, ngunit ipinapakita din ang kanilang mahusay na pagganap bilang self-powered short-wave infrared photodetectors.