Хоёр туйлт хоёр хэмжээстцасан нурангийн фотодетектор
Хоёр талт хоёр хэмжээст нуранги фотодетектор (APD фотодетектор) хэт бага дуу чимээ болон өндөр мэдрэмжийг илрүүлдэг
Цөөн тооны фотон эсвэл бүр ганц фотоны өндөр мэдрэмжтэй илрүүлэлт нь сул гэрлийн дүрслэл, алсын зайн тандан судлал ба телеметр, квант харилцаа холбоо зэрэг салбарт чухал хэрэглээний хэтийн төлөвтэй байдаг. Тэдгээрийн дотроос цасан нурангийн фотодетектор (APD) нь жижиг хэмжээ, өндөр үр ашигтай, хялбар нэгтгэх шинж чанаруудын ачаар оптоэлектроник төхөөрөмжийн судалгааны салбарт чухал чиглэл болсон. Дохио-шуугианы харьцаа (SNR) нь өндөр олз, бага харанхуй гүйдэл шаарддаг APD фотодетекторын чухал үзүүлэлт юм. Хоёр хэмжээст (2D) материалын ван дер Ваалсын гетеро холболтын судалгаа нь өндөр гүйцэтгэлтэй APD-ийг хөгжүүлэх өргөн хүрээтэй хэтийн төлөвийг харуулж байна. Хятадын судлаачид уламжлалт APD фотодетекторын төрөлхийн олзны шуугианы асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд хамгийн сайн тохирох ажлын функцтэй Pt/WSe₂/Ni бүтэцтэй хоёр туйлт хоёр хэмжээст хагас дамжуулагч материалыг WSe₂-г гэрэл мэдрэмтгий материал болгон сонгож, нямбай бэлтгэсэн APD фотодетекторыг боловсруулсан.
Судалгааны баг өрөөний температурт fW түвшинд маш сул гэрлийн дохиог өндөр мэдрэмжтэйгээр илрүүлэх боломжтой Pt/WSe₂/Ni бүтэц дээр суурилсан цасан нурангийн фотодетекторыг санал болгосон. Тэд маш сайн цахилгаан шинж чанартай хоёр хэмжээст хагас дамжуулагч материалыг WSe₂ сонгож, Pt болон Ni электродын материалыг хослуулан шинэ төрлийн цасан нурангийн фотодетекторыг амжилттай боловсруулсан. Pt, WSe₂ болон Ni-ийн хоорондох ажлын функцийг нарийн оновчтой болгосноор гэрэл үүсгэсэн тээвэрлэгчдийг сонгон нэвтрүүлэхийн зэрэгцээ харанхуй тээвэрлэгчдийг үр дүнтэй хаах боломжтой тээврийн механизмыг зохион бүтээжээ. Энэхүү механизм нь тээвэрлэгчийн цохилтын ионжуулалтаас үүдэлтэй хэт их чимээг мэдэгдэхүйц бууруулж, фотодетектор нь маш бага дуу чимээний түвшинд өндөр мэдрэмжтэй оптик дохиог илрүүлэх боломжийг олгодог.
Дараа нь сул цахилгаан орны нөлөөллөөс үүдэлтэй нуранги нөлөөний цаад механизмыг тодруулахын тулд судлаачид эхлээд янз бүрийн металлын төрөлхийн ажлын функцууд WSe₂-тай нийцэж байгааг үнэлсэн. Өөр өөр металл электродтой металл-хагас дамжуулагч-металл (MSM) цуврал төхөөрөмжийг үйлдвэрлэж, тэдгээр дээр холбогдох туршилтуудыг хийсэн. Үүнээс гадна, нуранги эхлэхээс өмнө тээвэрлэгчийн тархалтыг бууруулснаар цохилтын ионжуулалтын санамсаргүй байдлыг бууруулж, улмаар дуу чимээг бууруулж болно. Тиймээс холбогдох туршилтуудыг хийсэн. Pt/WSe₂/Ni APD-ийн цаг хугацааны хариу урвалын шинж чанарын хувьд давуу талыг цаашид харуулахын тулд судлаачид төхөөрөмжийн -3 дБ зурвасын өргөний хэмжээг өөр өөр фотоэлектрик олшруулалтын утга дор үнэлжээ.
Туршилтын үр дүнгээс харахад Pt/WSe₂/Ni мэдрэгч нь өрөөний температурт маш бага дуу чимээний эквивалент чадал (NEP) үзүүлдэг бөгөөд энэ нь ердөө 8.07 fW/√Hz юм. Энэ нь мэдрэгч нь маш сул оптик дохиог тодорхойлж чадна гэсэн үг юм. Нэмж дурдахад, энэхүү төхөөрөмж нь 20 кГц модуляцийн давтамжтайгаар 5×10⁵ өндөр олзтой тогтвортой ажиллаж, өндөр олз болон зурвасын өргөнийг тэнцвэржүүлэхэд хэцүү уламжлалт фотоэлектрик мэдрэгчүүдийн техникийн саад бэрхшээлийг амжилттай шийдвэрлэж чадна. Энэ онцлог нь өндөр олз болон бага дуу чимээ шаарддаг програмуудад мэдэгдэхүйц давуу талыг олгоно гэж үзэж байна.
Энэхүү судалгаа нь материалын инженерчлэл болон интерфэйсийн оновчлолын гүйцэтгэлийг сайжруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэж байгааг харуулж байна.фотодетекторуудЭлектрод болон хоёр хэмжээст материалын ухаалаг дизайны ачаар харанхуй тээгчдийг хамгаалах нөлөө үзүүлсэн бөгөөд энэ нь дуу чимээний хөндлөнгийн оролцоог мэдэгдэхүйц бууруулж, илрүүлэлтийн үр ашгийг улам сайжруулсан.
Энэхүү илрүүлэгчийн гүйцэтгэл нь зөвхөн фотоэлектрик шинж чанарт тусгалаа олоод зогсохгүй өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй. Өрөөний температурт харанхуй гүйдлийг үр дүнтэй хааж, фото үүсгэсэн тээвэрлэгчийг үр дүнтэй шингээдэг тул энэхүү илрүүлэгч нь хүрээлэн буй орчны хяналт, одон орны ажиглалт, оптик холбоо зэрэг салбарт сул гэрлийн дохиог илрүүлэхэд онцгой тохиромжтой. Энэхүү судалгааны ололт амжилт нь бага хэмжээст материалын фотодетекторыг хөгжүүлэх шинэ санаануудыг олгоод зогсохгүй өндөр хүчин чадалтай, бага чадлын оптоэлектроник төхөөрөмжийн ирээдүйн судалгаа, хөгжүүлэлтийн шинэ лавлагааг санал болгож байна.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 6-р сарын 18