Mataas na pagganap na self-driven infrared photodetector

Mataas na pagganap na self-driveninfrared na photodetector

infraredphotodetectormay mga katangian ng malakas na kakayahang kontra-panghihimasok, malakas na kakayahang makilala ang 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 kalawakan at inhinyeriya sa kapaligiran. Kabilang sa mga ito, ang self-drivendeteksyon ng potoelektrikaAng isang chip na kayang gumana nang nakapag-iisa nang walang panlabas na karagdagang suplay ng kuryente ay nakakuha ng malawak na atensyon sa larangan ng infrared detection dahil sa natatanging pagganap nito (tulad ng energy independence, mataas na sensitivity at stability, atbp.). Sa kabaligtaran, ang mga tradisyonal na photoelectric detection chip, tulad ng silicon-based o narrowbandgap semiconductor-based infrared chips, ay hindi lamang nangangailangan ng karagdagang bias voltages upang himukin ang paghihiwalay ng mga photogenerated carrier upang makagawa ng mga photocurrent, kundi nangangailangan din ng karagdagang mga cooling system upang mabawasan ang thermal noise at mapabuti ang responsiveness. Samakatuwid, naging mahirap na matugunan ang mga bagong konsepto at kinakailangan ng susunod na henerasyon ng mga infrared detection chip sa hinaharap, tulad ng mababang pagkonsumo ng kuryente, maliit na sukat, mababang gastos at mataas na pagganap.

Kamakailan lamang, ang mga pangkat ng pananaliksik mula sa Tsina at Sweden ay nagpanukala ng isang nobelang pin heterojunction self-driven short-wave infrared (SWIR) photoelectric detection chip batay sa graphene nanoribbon (GNR) films/alumina/single crystal silicon. Sa ilalim ng pinagsamang epekto ng optical gating effect na pinabilis ng heterogeneous 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 kasingtaas ng 75.3 A/W sa self-driven mode, detection rate na 7.5 × 10¹⁴ Jones, at external quantum efficiency na malapit sa 104%, na nagpapabuti sa detection performance ng parehong uri ng silicon-based chips sa rekord na 7 orders of magnitude. Bukod pa rito, sa ilalim ng conventional drive mode, ang response rate, detection rate, at external quantum efficiency ng chip ay pawang kasingtaas ng 843 A/W, 10¹⁵ Jones, at 105% ayon sa pagkakabanggit, na pawang mga pinakamataas na halagang naiulat sa kasalukuyang pananaliksik. Samantala, ipinakita rin ng pananaliksik na ito ang totoong aplikasyon ng photoelectric detection chip sa mga larangan ng optical communication at infrared imaging, na nagpapakita ng napakalaking potensyal ng aplikasyon nito.

Upang sistematikong mapag-aralan ang photoelectric performance ng photodetector batay sa graphene nanoribbons /Al₂O₃/ single crystal silicon, sinubukan ng mga mananaliksik ang static (current-voltage curve) at dynamic characteristic responses (current-time curve) nito. Upang sistematikong suriin ang optical response characteristics ng graphene nanoribbon /Al₂O₃/ monocrystalline silicon heterostructure photodetector sa ilalim ng iba't ibang bias voltages, sinukat ng mga mananaliksik ang dynamic current response ng device sa 0 V, -1 V, -3 V at -5 V biases, na may optical power density na 8.15 μW/cm². Tumataas ang photocurrent kasabay ng reverse bias at nagpapakita ng mabilis na response speed sa lahat ng bias voltages.

Sa wakas, ang mga mananaliksik ay gumawa ng isang sistema ng imaging at matagumpay na nakamit ang self-powered imaging ng short-wave infrared. Ang sistema ay gumagana sa ilalim ng zero bias at walang anumang konsumo ng enerhiya. Ang kakayahan sa imaging ng photodetector ay sinuri gamit ang isang itim na maskara na may letrang "T" na disenyo (tulad ng ipinapakita sa Figure 1).

Bilang konklusyon, matagumpay na nakagawa ang pananaliksik na ito ng mga self-powered photodetector batay sa mga graphene nanoribbon at nakamit ang isang record-breaking na mataas na response rate. Samantala, matagumpay na naipakita ng mga mananaliksik ang mga kakayahan sa optical communication at imaging nito.lubos na tumutugong photodetectorAng tagumpay ng pananaliksik na ito ay hindi lamang nagbibigay ng praktikal na pamamaraan para sa pagbuo ng mga graphene nanoribbon at mga optoelectronic device na nakabatay sa silicon, kundi ipinapakita rin nito ang kanilang mahusay na pagganap bilang mga self-powered short-wave infrared photodetector.