Инфрачервена светлина с нисък праглавинов фотодетектор
Инфрачервеният лавинов фотодетектор (APD фотодетектор) е клас отполупроводникови фотоелектрични устройствакоито произвеждат високо усилване чрез ефект на сблъсъчна йонизация, така че да се постигне способност за откриване на няколко фотона или дори единични фотони. Въпреки това, в конвенционалните APD фотодетекторни структури, процесът на разсейване на неравновесните носители води до загуба на енергия, така че праговото напрежение на лавината обикновено трябва да достигне 50-200 V. Това поставя по-високи изисквания към задвижващото напрежение на устройството и дизайна на схемата за отчитане, увеличавайки разходите и ограничавайки по-широките приложения.
Наскоро китайски изследвания предложиха нова структура на лавинов детектор в близката инфрачервена област с ниско прагово напрежение на лавината и висока чувствителност. Базиран на самодопиращ хомопреход на атомния слой, лавинният фотодетектор решава проблема с вредното разсейване, предизвикано от дефектно състояние на интерфейса, което е неизбежно при хетеропрехода. В същото време, силното локално „пиково“ електрическо поле, индуцирано от нарушаване на транслационната симетрия, се използва за усилване на кулоновото взаимодействие между носителите, потискане на разсейването, доминирано от фононния мод извън равнината, и постигане на висока ефективност на удвояване на неравновесни носители. При стайна температура праговата енергия е близка до теоретичната граница Eg (Eg е ширината на забранената зона на полупроводника), а чувствителността на детектиране на инфрачервения лавинов детектор е до 10 000 фотона.
Това изследване се основава на хомопреход (двуизмерен халкогенид на преходен метал, TMD) с самолегиран атомен слой волфрамов диселенид (WSe₂) като усилваща среда за лавини от носители на заряд. Нарушаването на пространствената транслационна симетрия се постига чрез проектиране на стъпкова мутация на топографията, за да се индуцира силно локално „шипово“ електрическо поле на интерфейса на мутантния хомопреход.
Освен това, атомната дебелина може да потисне механизма на разсейване, доминиран от фононния мод, и да реализира процеса на ускорение и умножение на неравновесни носители с много ниски загуби. Това доближава енергията на прага на лавината при стайна температура до теоретичната граница, т.е. ширината на забранената зона на полупроводниковия материал, Eg. Напрежението на прага на лавината е намалено от 50 V на 1,6 V, което позволява на изследователите да използват зрели нисковолтови цифрови схеми за задвижване на лавината.фотодетекторкакто и управляващи диоди и транзистори. Това изследване реализира ефективното преобразуване и използване на енергията на неравновесни носители чрез проектиране на ефект на лавинно умножение с нисък праг, което предоставя нова перспектива за разработването на следващото поколение високочувствителна, нископрагова и висококоефициентна технология за инфрачервено откриване на лавини.
Време на публикуване: 16 април 2025 г.