Низький порог інфрачервоного випромінюваннялавинний фотодетектор
Інфрачервоний лавинний фотодетектор (Фотодетектор APD) є класомнапівпровідникові фотоелектричні приладиякі забезпечують високий коефіцієнт посилення завдяки ефекту іонізації зіткненням, щоб досягти здатності виявляти кілька фотонів або навіть окремі фотони. Однак у звичайних структурах фотодетекторів APD процес розсіювання нерівноважних носіїв заряду призводить до втрат енергії, так що порогова напруга лавини зазвичай повинна досягати 50-200 В. Це ставить вищі вимоги до напруги керування пристрою та конструкції схеми зчитування, збільшуючи витрати та обмежуючи ширше застосування.
Нещодавно китайські дослідження запропонували нову структуру лавинного детектора ближнього інфрачервоного випромінювання з низькою пороговою напругою лавини та високою чутливістю. Базуючись на самолегуванні гомопереходу атомного шару, лавинний фотодетектор вирішує проблему шкідливого розсіювання, викликаного дефектним станом інтерфейсу, якого неможливо уникнути в гетеропереході. Тим часом, сильне локальне "пікове" електричне поле, викликане порушенням трансляційної симетрії, використовується для посилення кулонівської взаємодії між носіями, придушення розсіювання, в якому домінує позаплощинна фононна мода, та досягнення високої ефективності подвоєння нерівноважних носіїв. За кімнатної температури порогова енергія близька до теоретичної межі Eg (Eg - ширина забороненої зони напівпровідника), а чутливість інфрачервоного лавинного детектора досягає рівня 10000 фотонів.
Це дослідження базується на гомопереході атомного шару самолегованого диселеніду вольфраму (WSe₂) (двовимірний халькогенід перехідного металу, TMD) як середовищі посилення для лавин носіїв заряду. Порушення просторової трансляційної симетрії досягається шляхом проектування ступінчастої мутації топографії для індукції сильного локального "шипкового" електричного поля на межі розділу мутантного гомопереходу.
Крім того, атомна товщина може пригнічувати механізм розсіювання, в якому домінує фононна мода, та реалізувати процес прискорення та множення нерівноважних носіїв заряду з дуже низькими втратами. Це наближає енергію порогу лавини при кімнатній температурі до теоретичної межі, тобто ширини забороненої зони напівпровідникового матеріалу, наприклад, Eg. Напруга порогу лавини була зменшена з 50 В до 1,6 В, що дозволило дослідникам використовувати зрілі низьковольтні цифрові схеми для керування лавиною.фотодетектора також керуючі діоди та транзистори. Це дослідження реалізує ефективне перетворення та використання енергії нерівноважних носіїв заряду шляхом розробки ефекту множення лавин з низьким порогом, що відкриває нову перспективу для розробки наступного покоління високочутливої, низькопорогової та висококорисної технології інфрачервоного виявлення лавин.
Час публікації: 16 квітня 2025 р.