Bipolar zweedimensionalLawinen-Fotodetektor
De bipolare zweedimensionale Lawinen-Fotodetektor (APD-Fotodetektor) erreecht ultra-niddreg Rauschen an héich Empfindlechkeetsdetektioun
D'Detektioun vu wéinege Photonen oder souguer eenzelne Photonen mat héijer Empfindlechkeet huet wichteg Uwendungsperspektiven a Beräicher wéi Schwachliichtbildgebung, Fernerkundung an Telemetrie, a Quantekommunikatioun. Dorënner ass de Lawinen-Fotodetektor (APD) zu enger wichteger Richtung am Beräich vun der Fuerschung iwwer optoelektronesch Apparater ginn, wéinst senge Charakteristike vun enger klenger Gréisst, héijer Effizienz an einfacher Integratioun. D'Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ass e wichtegen Indikator vum APD-Fotodetektor, deen en héije Verstärkungsgrad an e niddrege Däischterstroum erfuerdert. D'Fuerschung iwwer van der Waals-Heterojunktioune vun zweedimensionalen (2D) Materialien weist breet Perspektiven an der Entwécklung vun héichperformante APDs. Fuerscher aus China hunn dat bipolart zweedimensionalt Hallefleedermaterial WSe₂ als photosensitivt Material gewielt an en APD-Fotodetektor mat enger Pt/WSe₂/Ni-Struktur, déi déi bescht passend Aarbechtsfunktioun huet, virbereet, fir de Problem vum inherente Verstärkungsrausch vum traditionellen APD-Fotodetektor ze léisen.
D'Fuerschungsteam huet e Lawinen-Fotodetektor op Basis vun der Pt/WSe₂/Ni-Struktur virgeschloen, deen eng héichsensibel Detektioun vun extrem schwaache Liichtsignaler um fW-Niveau bei Raumtemperatur erreecht huet. Si hunn dat zweedimensionalt Hallefleitmaterial WSe₂ ausgewielt, dat exzellent elektresch Eegeschafte huet, a Pt- an Ni-Elektrodenmaterialien kombinéiert, fir erfollegräich en neien Typ vu Lawinen-Fotodetektor z'entwéckelen. Duerch d'präzis Optimiséierung vun der Aarbechtsfunktiounsugläichung tëscht Pt, WSe₂ an Ni gouf e Transportmechanismus entwéckelt, deen donkel Träger effektiv blockéiere kann, während gläichzäiteg photogeneréiert Träger selektiv duerchlafen. Dëse Mechanismus reduzéiert de exzessive Kaméidi, deen duerch d'Impaktioniséierung vum Träger verursaacht gëtt, däitlech, sou datt de Photodetektor eng héichsensibel optesch Signaldetektioun mat engem extrem niddrege Kaméidiniveau erreeche kann.
Fir dann de Mechanismus hannert dem duerch dat schwaacht elektrescht Feld induzéierte Lawineneffekt ze klären, hunn d'Fuerscher ufanks d'Kompatibilitéit vun den inherenten Aarbechtsfunktioune vu verschiddene Metaller mat WSe₂ evaluéiert. Eng Serie vu Metall-Hallefleeder-Metall (MSM)-Bauelementer mat verschiddene Metallelektroden gouf hiergestallt an et goufen relevant Tester un hinnen duerchgefouert. Zousätzlech kann duerch d'Reduktioun vun der Trägerstreuung ier d'Lawin ufänkt, d'Zoufällegkeet vun der Impaktioniséierung gemildert ginn, wouduerch de Kaméidi reduzéiert gëtt. Dofir goufen relevant Tester duerchgefouert. Fir d'Iwwerleeënheet vun der Pt/WSe₂/Ni APD a punkto Zäitantwortcharakteristiken weider ze demonstréieren, hunn d'Fuerscher d'Bandbreet vun -3 dB vum Apparat ënner verschiddene photoelektresche Verstärkungswäerter weider evaluéiert.
Déi experimentell Resultater weisen datt de Pt/WSe₂/Ni-Detektor eng extrem niddreg Rauschleistung (NEP) bei Raumtemperatur weist, déi nëmmen 8,07 fW/√Hz ass. Dëst bedeit datt den Detektor extrem schwaach optesch Signaler identifizéiere kann. Zousätzlech kann dësen Apparat stabil bei enger Modulatiounsfrequenz vun 20 kHz mat engem héije Verstärkungsgrad vu 5×10⁵ funktionéieren, wat den techneschen Engpass vun traditionelle Photovoltaikdetekteren erfollegräich léist, bei deenen et schwéier ass, héije Verstärkungsgrad a Bandbreet auszebalancéieren. Et gëtt erwaart, datt dës Funktioun him bedeitend Virdeeler a Applikatiounen bréngt, déi héije Verstärkungsgrad a wéineg Rauschgrad erfuerderen.
Dës Fuerschung weist déi entscheedend Roll vun der Materialentwécklung an der Interface-Optimiséierung bei der Verbesserung vun der Leeschtung vunphotodetectorsDuerch den genialen Design vun Elektroden an zweedimensionalen Materialien gouf en Ofschirmungseffekt vun donkelen Träger erreecht, wat d'Rauschstéierungen däitlech reduzéiert an d'Detektiounseffizienz weider verbessert.
D'Leeschtung vun dësem Detektor spigelt sech net nëmmen an de photoelektresche Charakteristiken erëm, mä huet och breet Uwendungsperspektiven. Mat senger effektiver Blockéierung vum Däischterstroum bei Raumtemperatur an der effizienter Absorptioun vu photogeneréierten Träger ass dësen Detektor besonnesch gëeegent fir schwaach Liichtsignaler a Beräicher wéi Ëmweltiwwerwaachung, astronomesch Observatioun an optesch Kommunikatioun z'entdecken. Dës Fuerschungsleeschtung liwwert net nëmmen nei Iddien fir d'Entwécklung vu Photodetektoren mat nidderegen Dimensiounen a Materialien, mä bitt och nei Referenzen fir déi zukünfteg Fuerschung an Entwécklung vun héichperformanten an energiespuerenden optoelektroneschen Apparater.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 18. Juni 2025