Žemo slenksčio infraraudonųjų spinduliųlavinos fotodetektorius
Infraraudonųjų spindulių lavinos fotodetektorius (APD fotodetektorius) yra klasėpuslaidininkiniai fotoelektriniai įtaisaikurie sukuria didelį stiprinimą dėl susidūrimo jonizacijos efekto, kad būtų galima aptikti kelis fotonus ar net pavienius fotonus. Tačiau įprastose APD fotodetektorių struktūrose nesubalansuotos krūvininkų sklaidos procesas lemia energijos nuostolius, todėl lavinos slenksčio įtampa paprastai turi siekti 50–200 V. Tai kelia didesnius reikalavimus įrenginio pavaros įtampai ir nuskaitymo grandinės konstrukcijai, didina sąnaudas ir riboja platesnį pritaikymą.
Neseniai Kinijos mokslininkai pasiūlė naują lavinų artimojo infraraudonojo spektro detektoriaus struktūrą su žema lavinų slenkstine įtampa ir dideliu jautrumu. Remiantis atominio sluoksnio savaiminio legiravimo homosandūra, lavinų fotodetektorius išsprendžia žalingą sklaidą, kurią sukelia sąsajos defektų būsena, kuri neišvengiama heterosandūroje. Tuo tarpu stiprus vietinis „piko“ elektrinis laukas, kurį sukelia transliacijos simetrijos pažeidimas, naudojamas Kulono sąveikai tarp krūvininkų sustiprinti, ne plokštumoje veikiančio fononų režimo dominuojamai sklaidai slopinti ir dideliam nesubalansuotų krūvininkų dvigubinimo efektyvumui pasiekti. Kambario temperatūroje slenkstinė energija yra artima teorinei ribai Eg (Eg yra puslaidininkio draudžiamasis tarpas), o infraraudonųjų spindulių lavinų detektoriaus aptikimo jautrumas siekia iki 10 000 fotonų lygio.
Šis tyrimas pagrįstas atominio sluoksnio savaime legiruoto volframo diselenido (WSe₂) homosandūros (dvimatis pereinamojo metalo chalkogenidas, TMD) naudojimu kaip stiprinimo terpe krūvininkų lavinoms. Erdvinės transliacinės simetrijos pažeidimas pasiekiamas suprojektuojant topografijos laiptelio mutaciją, kuri indukuoja stiprų vietinį „smaigalio“ elektrinį lauką mutantinės homosandūros sąsajoje.
Be to, atominis storis gali slopinti fononų modos dominuojamą sklaidos mechanizmą ir realizuoti nesubalansuoto krūvininko greitėjimo ir dauginimo procesą su labai mažais nuostoliais. Tai priartina lavinos slenksčio energiją kambario temperatūroje prie teorinės ribos, t. y. puslaidininkinės medžiagos draustinėje juostoje, pvz. Lavinos slenksčio įtampa buvo sumažinta nuo 50 V iki 1,6 V, o tai leido tyrėjams naudoti brandžias žemos įtampos skaitmenines grandines lavinos valdymui.fotodetektoriustaip pat pavaros diodai ir tranzistoriai. Šiame tyrime realizuojamas efektyvus nesubalansuotos nešėjų energijos konvertavimas ir panaudojimas, sukuriant žemo slenksčio lavinų dauginimo efektą, kuris suteikia naują perspektyvą kuriant naujos kartos labai jautrią, žemo slenksčio ir didelio stiprinimo lavinų infraraudonųjų spindulių aptikimo technologiją.
Įrašo laikas: 2025 m. balandžio 16 d.