Високопродуктивний самохіднийінфрачервоний фотодетектор
інфрачервонийфотодетектормає характеристики сильної протиперешкодної здатності, сильної здатності розпізнавати цілі, роботи за будь-якої погоди та гарної маскування. Він відіграє дедалі важливішу роль у таких галузях, як медицина, військова справа, космічні технології та екологічна інженерія. Серед них самохідніфотоелектричне виявленняЧіп, який може працювати самостійно без зовнішнього додаткового джерела живлення, привернув значну увагу в галузі інфрачервоного детектування завдяки своїм унікальним характеристикам (таким як енергонезалежність, висока чутливість і стабільність тощо). На противагу цьому, традиційні фотоелектричні детекторні чіпи, такі як кремнієві або вузькозонні напівпровідникові інфрачервоні чіпи, не тільки потребують додаткових напруг зміщення для розділення фотогенерованих носіїв для створення фотострумів, але й потребують додаткових систем охолодження для зменшення теплового шуму та покращення чутливості. Тому стало важко відповідати новим концепціям та вимогам наступного покоління інфрачервоних детекторних чіпів у майбутньому, таким як низьке енергоспоживання, малий розмір, низька вартість та висока продуктивність.
Нещодавно дослідницькі групи з Китаю та Швеції запропонували новий самокерований фотоелектричний детекторний чіп короткохвильового інфрачервоного (SWIR) випромінювання на основі графенових нанострічок (GNR)/оксиду алюмінію/монокристалічного кремнію. Під дією комбінованого ефекту оптичного стробування, викликаного гетерогенним інтерфейсом, та вбудованого електричного поля, чіп продемонстрував надвисоку продуктивність відгуку та детектування при нульовій напрузі зміщення. Фотоелектричний детекторний чіп має швидкість відгуку A до 75,3 А/Вт у самокерованому режимі, швидкість детектування 7,5 × 10¹⁴ Джонс та зовнішню квантову ефективність, близьку до 104%, що покращує продуктивність детектування кремнієвих чіпів того ж типу на рекордні 7 порядків. Крім того, у звичайному режимі керування швидкість відгуку, швидкість детектування та зовнішня квантова ефективність чіпа досягають 843 А/Вт, 10¹⁵ Джонс та 105% відповідно, що є найвищими значеннями, зареєстрованими в сучасних дослідженнях. Тим часом, це дослідження також продемонструвало реальне застосування фотоелектричного детекторного чіпа в галузях оптичного зв'язку та інфрачервоної візуалізації, підкреслюючи його величезний потенціал застосування.
Для систематичного вивчення фотоелектричних характеристик фотодетектора на основі графенових нанострічок /Al₂O₃/ монокристалічного кремнію, дослідники протестували його статичні (крива струм-ампера) та динамічні характеристики (крива струм-час). Для систематичної оцінки оптичних характеристик фотодетектора на основі графенових нанострічок /Al₂O₃/ монокристалічного кремнію з гетероструктурою за різних напруг зміщення, дослідники виміряли динамічну характеристику струму пристрою при напругах зміщення 0 В, -1 В, -3 В та -5 В, з щільністю оптичної потужності 8,15 мкВт/см². Фотострум збільшується зі зворотним зміщенням і демонструє високу швидкість відгуку за всіх напруг зміщення.
Зрештою, дослідники створили систему візуалізації та успішно досягли автономного живлення від короткохвильового інфрачервоного випромінювання. Система працює з нульовим зміщенням і взагалі не споживає енергії. Можливості візуалізації фотодетектора оцінювали за допомогою чорної маски з візерунком у формі літери «Т» (як показано на рисунку 1).
На завершення, це дослідження успішно створило фотодетектори з автономним живленням на основі графенових нанострічок та досягло рекордно високої швидкості відгуку. Тим часом дослідники успішно продемонстрували можливості оптичного зв'язку та візуалізації цього...високочутливий фотодетекторЦе дослідницьке досягнення не лише пропонує практичний підхід до розробки графенових нанострічок та кремнієвих оптоелектронних пристроїв, але й демонструє їхню чудову продуктивність як автономних короткохвильових інфрачервоних фотодетекторів.
Час публікації: 28 квітня 2025 р.