Новий високочутливий фотодетектор

Новий високочутливий фотодетектор

Нещодавно дослідницька група Китайської академії наук (CAS) на основі полікристалічних багатих на галій матеріалів на основі оксиду галію (PGR-GaOX) вперше запропонувала нову стратегію розробки для високочутливого фотодетектора з високою швидкістю відгуку через пов’язаний піроелектричний інтерфейс. і ефекти фотопровідності, а відповідне дослідження було опубліковано в Advanced Materials. Високоенергетичні фотоелектричні детектори (для діапазонів глибокого ультрафіолетового (DUV) до рентгенівського) мають вирішальне значення в різних галузях, включаючи національну безпеку, медицину та промислову науку.

Однак сучасні напівпровідникові матеріали, такі як Si та α-Se, мають проблеми з великим струмом витоку та низьким коефіцієнтом поглинання рентгенівського випромінювання, що важко задовольнити потреби високопродуктивного детектування. Навпаки, напівпровідникові матеріали з оксиду галію з широкою забороненою зоною (WBG) демонструють великий потенціал для високоенергетичного фотоелектричного детектування. Однак через неминучу пастку глибокого рівня на стороні матеріалу та відсутність ефективного дизайну структури пристрою складно реалізувати високу чутливість і високу швидкість відгуку високоенергетичних фотонних детекторів на основі широкозонних напівпровідників. Щоб вирішити ці проблеми, дослідницька група в Китаї вперше розробила піроелектричний фотопровідний діод (PPD) на основі PGR-GaOX. Завдяки поєднанню піроелектричного ефекту інтерфейсу з ефектом фотопровідності ефективність виявлення значно покращується. PPD продемонстрував високу чутливість як до DUV, так і до рентгенівського випромінювання, зі швидкістю відповіді до 104 А/Вт і 105 мкК×Гейар-1/см2 відповідно, що більш ніж у 100 разів вище, ніж у попередніх детекторів, виготовлених із подібних матеріалів. Крім того, піроелектричний ефект інтерфейсу, викликаний полярною симетрією області виснаження PGR-GaOX, може збільшити швидкість відгуку детектора в 105 разів до 0,1 мс. Порівняно зі звичайними фотодіодами, режим PPDS з автономним живленням дає більший коефіцієнт посилення завдяки піроелектричним полям під час перемикання світла.

Крім того, PPD може працювати в режимі зміщення, де посилення сильно залежить від напруги зсуву, а надвисокого коефіцієнта посилення можна досягти шляхом збільшення напруги зміщення. PPD має великий потенціал застосування в системах покращення зображення з низьким споживанням енергії та високою чутливістю. Ця робота не тільки доводить, що GaOX є багатообіцяючим високоенергетичним фотодетекторним матеріалом, але також пропонує нову стратегію для реалізації високоефективних високоенергетичних фотодетекторів.