Хоёр туйлт хоёр хэмжээст нуранги фото илрүүлэгч

Хоёр туйлт хоёр хэмжээстнуранги фото илрүүлэгч

Хоёр туйлт хоёр хэмжээст нуранги фото илрүүлэгч (APD фото илрүүлэгч) хэт бага дуу чимээ, өндөр мэдрэмжтэй илрүүлэлтийг бий болгодог

Цөөн тооны фотон эсвэл бүр нэг фотоныг өндөр мэдрэмжтэй илрүүлэх нь сул гэрлийн дүрслэл, алсын зайнаас тандан судлах, телеметр, квант холбоо зэрэг салбарт хэрэглэгдэх чухал боломжуудтай. Тэдгээрийн дотроос нуранги фотодетектор (APD) нь жижиг хэмжээтэй, өндөр үр ашигтай, хялбар интеграцчлалын шинж чанараараа оптоэлектроник төхөөрөмжийн судалгааны салбарт чухал чиглэл болсон. Сигнал ба дуу чимээний харьцаа (SNR) нь APD фотодетекторын чухал үзүүлэлт бөгөөд өндөр ашиг, бага харанхуй гүйдэл шаарддаг. Ван дер Ваалсын хоёр хэмжээст (2D) материалын гетерогцолтын судалгаа нь өндөр хүчин чадалтай APD-ийг хөгжүүлэх өргөн хэтийн төлөвийг харуулж байна. Хятадын судлаачид хоёр туйлт хоёр хэмжээст хагас дамжуулагч WSe₂ материалыг гэрэлд мэдрэмтгий материал болгон сонгож, уламжлалт APD фотодетекторын төрөлхийн олз шуугианы асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд Pt/WSe₂/Ni бүтэцтэй Pt/WSe₂/Ni бүтэцтэй APD фото илрүүлэгчийг маш нарийн бэлтгэсэн байна.

Судалгааны баг Pt/WSe₂/Ni бүтцэд суурилсан нуранги фото илрүүлэгчийг санал болгосон бөгөөд энэ нь өрөөний температурт fW түвшинд хэт сул гэрлийн дохиог өндөр мэдрэмжтэй илрүүлсэн. Тэд маш сайн цахилгаан шинж чанартай WSe₂ хоёр хэмжээст хагас дамжуулагч материалыг сонгож, Pt болон Ni электродын материалыг хослуулан шинэ төрлийн нуранги фото илрүүлэгчийг амжилттай бүтээжээ. Pt, WSe₂ болон Ni-ийн хооронд тохирох ажлын функцийг оновчтой болгосноор харанхуй зөөвөрлөгчийг үр дүнтэй хааж, фото үүсгэсэн зөөвөрлөгчдийг сонгон нэвтрүүлэх боломжийг олгодог тээврийн механизмыг зохион бүтээсэн. Энэхүү механизм нь зөөвөрлөгчийн цохилтын иончлолын улмаас үүссэн хэт их дуу чимээг эрс багасгаж, фотодетекторыг дуу чимээний маш бага түвшинд өндөр мэдрэмжтэй оптик дохио илрүүлэх боломжийг олгодог.

Дараа нь сул цахилгаан талбайн нөлөөгөөр үүссэн нуранги нөлөөний механизмыг тодруулахын тулд судлаачид эхлээд янз бүрийн металлын төрөлхийн ажлын функцүүдийн WSe₂-тэй нийцэж байгаа эсэхийг үнэлэв. Төрөл бүрийн металл электрод бүхий металл-хагас дамжуулагч-металл (MSM) төхөөрөмжийг цувралаар үйлдвэрлэж, тэдгээрт холбогдох туршилтуудыг хийсэн. Нэмж дурдахад, нуранги эхлэхээс өмнө зөөвөрлөгчийн тархалтыг бууруулснаар нөлөөллийн иончлолын санамсаргүй байдлыг багасгаж, улмаар дуу чимээг багасгах боломжтой. Тиймээс холбогдох туршилтуудыг хийсэн. Цаг хугацааны хариу урвалын шинж чанарын хувьд Pt/WSe₂/Ni APD-ийн давуу талыг цаашид харуулахын тулд судлаачид өөр өөр фотоэлектрик олз утгын дор төхөөрөмжийн -3 дБ зурвасын өргөнийг үнэлэв.

Туршилтын үр дүнгээс харахад Pt/WSe₂/Ni детектор нь өрөөний температурт дуу чимээний эквивалент чадал (NEP) маш бага буюу ердөө 8.07 fW/√Hz байна. Энэ нь мэдрэгч нь маш сул оптик дохиог тодорхойлж чадна гэсэн үг юм. Нэмж дурдахад энэхүү төхөөрөмж нь 5×10⁵ өндөр өсөлттэй, 20 кГц-ийн модуляцийн давтамжтайгаар тогтвортой ажиллаж, өндөр ашиг ба зурвасын өргөнийг тэнцвэржүүлэхэд хэцүү байдаг уламжлалт фотоволтайк илрүүлэгчийн техникийн саатлыг амжилттай шийдэж чадна. Энэ функц нь өндөр ашиг, дуу чимээ бага шаарддаг програмуудад ихээхэн давуу талыг өгөх төлөвтэй байна.

Энэхүү судалгаа нь материалын инженерчлэл, интерфейсийн оновчлолын гүйцэтгэлийг сайжруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байнафотодетекторууд. Электродууд болон хоёр хэмжээст материалын овсгоотой хийцээр харанхуй зөөвөрлөгчөөс хамгаалах нөлөө бий болж, дуу чимээний хөндлөнгийн оролцоог мэдэгдэхүйц бууруулж, илрүүлэх үр ашгийг улам дээшлүүлсэн.

Энэхүү детекторын гүйцэтгэл нь зөвхөн фотоэлектрик шинж чанарт тусгагдсан төдийгүй өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй байдаг. Өрөөний температурт харанхуй гүйдлийг үр дүнтэй хааж, гэрэл үүсгэсэн зөөгчийг үр ашигтай шингээх чадвартай энэхүү мэдрэгч нь хүрээлэн буй орчны хяналт, одон орон судлалын ажиглалт, оптик холбоо зэрэг салбарт сул гэрлийн дохиог илрүүлэхэд онцгой тохиромжтой. Энэхүү судалгааны ололт нь бага хэмжээст материалын фото илрүүлэгчийг хөгжүүлэх шинэ санааг гаргаж өгөхөөс гадна өндөр хүчин чадалтай, бага чадлын оптоэлектроник төхөөрөмжүүдийн цаашдын судалгаа, хөгжилд шинэ лавлагаа болж байна.