Нов фотодетектор с висока чувствителност

Нов фотодетектор с висока чувствителност

Наскоро изследователски екип от Китайската академия на науките (CAS), базиран на богати на поликристален галий материали от галиев оксид (PGR-GaOX), предложи за първи път нова стратегия за дизайн за висока чувствителност и висока скорост на реакция, висок фотодетектор чрез свързан пироелектричен интерфейс и ефекти на фотопроводимостта, а съответното изследване е публикувано в Advanced Materials. Високоенергийните фотоелектрични детектори (за дълбоки ултравиолетови (DUV) до рентгенови ленти) са критични в различни области, включително националната сигурност, медицината и индустриалните науки.

Въпреки това, настоящите полупроводникови материали като Si и α-Se имат проблеми с големия ток на утечка и ниския коефициент на поглъщане на рентгенови лъчи, което е трудно да отговори на нуждите от високоефективно откриване. За разлика от това, широколентовите полупроводникови материали от галиев оксид показват голям потенциал за високоенергийно фотоелектрическо откриване. Въпреки това, поради неизбежното улавяне на дълбоко ниво от страна на материала и липсата на ефективен дизайн на структурата на устройството, е предизвикателство да се реализират високоенергийни фотонни детектори с висока чувствителност и висока скорост на реакция, базирани на широколентови полупроводници. За да се справи с тези предизвикателства, изследователски екип в Китай проектира за първи път пироелектричен фотопроводим диод (PPD), базиран на PGR-GaOX. Чрез свързването на пироелектрическия ефект на интерфейса с ефекта на фотопроводимостта, ефективността на откриване е значително подобрена. PPD показа висока чувствителност както към DUV, така и към рентгенови лъчи, със скорост на отговор съответно до 104A/W и 105μC×Gyair-1/cm2, повече от 100 пъти по-високи от предишните детектори, направени от подобни материали. В допълнение, интерфейсният пироелектричен ефект, причинен от полярната симетрия на областта на изчерпване на PGR-GaOX, може да увеличи скоростта на реакция на детектора със 105 пъти до 0,1 ms. В сравнение с конвенционалните фотодиоди, PPDS в режим на самостоятелно захранване произвеждат по-големи печалби поради пироелектрични полета по време на превключване на светлината.

В допълнение, PPD може да работи в режим на отклонение, където усилването е силно зависимо от напрежението на преднапрежение, а свръхвисокото усилване може да бъде постигнато чрез увеличаване на напрежението на преднапрежение. PPD има голям потенциал за приложение в системи за подобряване на изображението с ниска консумация на енергия и висока чувствителност. Тази работа не само доказва, че GaOX е обещаващ високоенергиен фотодетекторен материал, но също така предоставя нова стратегия за реализиране на високопроизводителни високоенергийни фотодетектори.