Infraroșu cu prag scăzutfotodetector de avalanșă
Fotodetectorul de avalanșă în infraroșu (Fotodetector APD) este o clasă dedispozitive fotoelectrice semiconductoarecare produc un câștig ridicat prin efectul de ionizare prin coliziune, astfel încât să se obțină capacitatea de detectare a câtorva fotoni sau chiar a fotonilor individuali. Cu toate acestea, în structurile convenționale ale fotodetectorilor APD, procesul de împrăștiere a purtătorilor de sarcină în dezechilibru duce la pierderi de energie, astfel încât tensiunea de prag a avalanșei trebuie de obicei să atingă 50-200 V. Acest lucru impune cerințe mai mari asupra tensiunii de comandă a dispozitivului și a designului circuitului de citire, crescând costurile și limitând aplicații mai largi.
Recent, cercetările chineze au propus o nouă structură de detector de avalanșă în infraroșu apropiat, cu tensiune de prag scăzută și sensibilitate ridicată. Bazat pe omojoncțiunea auto-dopantă a stratului atomic, fotodetectorul de avalanșă rezolvă problema împrăștierii dăunătoare indusă de starea de defect la interfață, inevitabilă în heterojoncțiune. Între timp, câmpul electric local puternic „de vârf” indus de ruperea simetriei de translație este utilizat pentru a spori interacțiunea Coulomb dintre purtători, a suprima împrăștierea dominată de modul fononic în afara planului și a obține o eficiență ridicată de dublare a purtătorilor de dezechilibru. La temperatura camerei, energia prag este aproape de limita teoretică Eg (Eg este intervalul de bandă al semiconductorului), iar sensibilitatea de detecție a detectorului de avalanșă în infraroșu este de până la 10000 de fotoni.
Acest studiu se bazează pe o homojoncțiune de diseleniură de tungsten (WSe₂) autodopată cu strat atomic (calcogenură de metal de tranziție bidimensională, TMD) ca mediu de amplificare pentru avalanșele de purtători de sarcină. Ruperea simetriei translaționale spațiale se realizează prin proiectarea unei mutații topografice în trepte pentru a induce un câmp electric local puternic, de tip „vârf” la interfața homojoncțiunii mutante.
În plus, grosimea atomică poate suprima mecanismul de împrăștiere dominat de modul fononic și poate realiza procesul de accelerare și multiplicare a purtătorului de energie aflat în dezechilibru cu pierderi foarte mici. Acest lucru aduce energia pragului de avalanșă la temperatura camerei aproape de limita teoretică, adică banda interzisă a materialului semiconductor. De exemplu, tensiunea pragului de avalanșă a fost redusă de la 50 V la 1,6 V, permițând cercetătorilor să utilizeze circuite digitale mature de joasă tensiune pentru a conduce avalanșa.fotodetectorprecum și diode de acționare și tranzistoare. Acest studiu realizează conversia și utilizarea eficientă a energiei purtătorului de energie aflat în afara echilibrului prin proiectarea efectului de multiplicare a avalanșei cu prag scăzut, care oferă o nouă perspectivă pentru dezvoltarea următoarei generații de tehnologii de detectare a avalanșelor în infraroșu, cu sensibilitate ridicată, prag scăzut și câștig ridicat.
Data publicării: 16 aprilie 2025