Bagong Pananaliksik sa Low-dimensional Avalanche Photodetector

Bagong Pananaliksik sa Low-dimensional Avalanche Photodetector

Ang high-sensitivity detection ng few-photon o kahit na single-photon na mga teknolohiya ay mayroong malaking prospect ng aplikasyon sa mga larangan tulad ng low-light imaging, remote sensing at telemetry, pati na rin ang quantum communication. Kabilang sa mga ito, ang avalanche photodetectors (APD) ay naging isang mahalagang direksyon sa larangan ng optoelectronic device research dahil sa kanilang maliit na sukat, mataas na kahusayan at madaling pagsasama. Ang signal-to-noise ratio (SNR) ay isang mahalagang indicator ng APD Photodetector, na nangangailangan ng mataas na gain at mababang dark current. Ang pananaliksik sa two-dimensional (2D) na materyal na van der Waals heterojunctions ay nagpapakita ng malawak na mga prospect sa pagbuo ng mga APD na may mataas na pagganap. Pinili ng mga mananaliksik mula sa China ang bipolar two-dimensional semiconductor material na WSe₂ bilang photosensitive na materyal at maingat na inihanda ang istraktura ng Pt/WSe₂/NiAPD Photodetectorna may pinakamahusay na pagtutugma ng function ng trabaho upang malutas ang likas na problema sa ingay na nakuha ng tradisyonal na APD.

Ang mga mananaliksik ay nagmungkahi ng isangavalanche photodetectorbatay sa istrukturang Pt/WSe₂/Ni, na nakakamit ng napakasensitibong pagtuklas ng napakahinang mga signal ng liwanag sa antas ng fW sa temperatura ng silid. Pinili nila ang dalawang-dimensional na semiconductor na materyal na WSe₂, na may mahusay na mga katangian ng elektrikal, at pinagsama ito sa mga materyales ng Pt at Ni electrode upang matagumpay na bumuo ng isang bagong uri ng avalanche photodetector. Sa pamamagitan ng tumpak na pag-optimize sa work function na tumutugma sa Pt, WSe₂ at Ni, isang mekanismo ng transportasyon ang idinisenyo na maaaring epektibong harangan ang mga dark carrier habang piling pinapayagan ang mga photogenerated na carrier na dumaan. Ang mekanismong ito ay makabuluhang binabawasan ang labis na ingay na dulot ng carrier impact ionization, na nagbibigay-daan sa photodetector na makamit ang napakasensitibong optical signal detection sa napakababang antas ng ingay.

Ang pag-aaral na ito ay nagpapakita ng mahalagang papel ng engineering ng mga materyales at pag-optimize ng interface sa pagpapahusay ng pagganap ngmga photodetector. Sa pamamagitan ng mapanlikhang disenyo ng mga electrodes at two-dimensional na materyales, nakamit ang shielding effect ng dark carriers, na makabuluhang binabawasan ang ingay na interference at higit na nagpapabuti sa detection efficiency. Ang pagganap ng detektor na ito ay hindi lamang makikita sa mga katangian ng photoelectric nito, ngunit mayroon ding malawak na mga prospect ng aplikasyon. Sa epektibong pagharang nito ng madilim na agos sa temperatura ng silid at mahusay na pagsipsip ng mga photogenerated carrier, ang photodetector na ito ay partikular na angkop para sa pagtuklas ng mahinang mga signal ng liwanag sa mga larangan tulad ng pagsubaybay sa kapaligiran, pagmamasid sa astronomya, at optical na komunikasyon. Ang tagumpay ng pananaliksik na ito ay hindi lamang nagbibigay ng mga bagong ideya para sa pagbuo ng mga low-dimensional na materyal na photodetector, ngunit nag-aalok din ng mga bagong sanggunian para sa hinaharap na pananaliksik at pagpapaunlad ng mga high-performance at low-power na optoelectronic na device.