Visokozmogljiv samovozečinfrardeči fotodetektor
infrardečifotodetektorIma značilnosti močne odpornosti proti motnjam, močnega prepoznavanja ciljev, delovanja v vseh vremenskih razmerah in dobre prikritosti. Igra vse pomembnejšo vlogo na področjih, kot so medicina, vojska, vesoljska tehnologija in okoljsko inženirstvo. Med njimi so samovozečifotoelektrično zaznavanjeČip, ki lahko deluje samostojno brez zunanjega dodatnega napajanja, je zaradi svoje edinstvene zmogljivosti (kot so energetska neodvisnost, visoka občutljivost in stabilnost itd.) pritegnil veliko pozornosti na področju infrardečega zaznavanja. Nasprotno pa tradicionalni fotoelektrični detekcijski čipi, kot so infrardeči čipi na osnovi silicija ali ozkopasovnih polprevodnikov, ne zahtevajo le dodatnih prednapetosti za ločevanje fotogeneriranih nosilcev za proizvodnjo fototokov, temveč potrebujejo tudi dodatne hladilne sisteme za zmanjšanje toplotnega šuma in izboljšanje odzivnosti. Zato je v prihodnosti težko izpolniti nove koncepte in zahteve naslednje generacije infrardečih detekcijskih čipov, kot so nizka poraba energije, majhna velikost, nizki stroški in visoka zmogljivost.
Nedavno so raziskovalne skupine iz Kitajske in Švedske predlagale nov samodejni kratkovalovno infrardeči (SWIR) fotoelektrični detekcijski čip s pin heterospojnico, ki temelji na filmih grafenskega nanotraka (GNR)/aluminijevem oksidu/monokristalnem siliciju. Pod kombiniranim učinkom optičnega učinka zapiranja, ki ga sproži heterogeni vmesnik, in vgrajenega električnega polja je čip pokazal izjemno visok odziv in zmogljivost zaznavanja pri ničelni prednapetosti. Fotoelektrični detekcijski čip ima v samodejnem načinu odzivnost do 75,3 A/W, stopnjo zaznavanja 7,5 × 10¹⁴ Jonesov in zunanjo kvantno učinkovitost blizu 104 %, kar izboljša zmogljivost zaznavanja iste vrste silicijevih čipov za rekordnih 7 velikostnih razredov. Poleg tega so v običajnem načinu delovanja odzivnost, stopnja zaznavanja in zunanja kvantna učinkovitost čipa do 843 A/W, 10¹⁵ Jonesov oziroma 105 %, kar so vse najvišje vrednosti, zabeležene v trenutnih raziskavah. Medtem je ta raziskava pokazala tudi dejansko uporabo fotoelektričnega detekcijskega čipa na področju optične komunikacije in infrardečega slikanja, s čimer je poudarila njegov ogromen uporabni potencial.
Da bi sistematično preučili fotoelektrično delovanje fotodetektorja na osnovi grafenskih nanotrakov /Al₂O₃/ monokristalnega silicija, so raziskovalci preizkusili njegove statične (krivulja tok-napetost) in dinamične karakteristične odzive (krivulja tok-čas). Za sistematično oceno optičnih odzivnih karakteristik fotodetektorja iz heterostrukture grafenskih nanotrakov /Al₂O₃/ monokristalnega silicija pri različnih prednapetostih so raziskovalci izmerili dinamični tokovni odziv naprave pri prednapetostih 0 V, -1 V, -3 V in -5 V, z gostoto optične moči 8,15 μW/cm². Fototok se povečuje z obratno prednapetostjo in kaže hitro odzivno hitrost pri vseh prednapetostih.
Končno so raziskovalci izdelali slikovni sistem in uspešno dosegli lastno napajanje s slikanjem kratkovalovnega infrardečega sevanja. Sistem deluje pod ničelno pristranskostjo in nima nobene porabe energije. Zmogljivost slikanja fotodetektorja je bila ocenjena z uporabo črne maske z vzorcem črke »T« (kot je prikazano na sliki 1).
Skratka, v tej raziskavi so uspešno izdelali fotodetektorje z lastnim napajanjem na osnovi grafenskih nanotrakov in dosegli rekordno visoko stopnjo odzivnosti. Hkrati so raziskovalci uspešno dokazali optične komunikacijske in slikovne zmogljivosti tega...visoko odziven fotodetektorTa raziskovalni dosežek ne ponuja le praktičnega pristopa k razvoju grafenskih nanotrakov in optoelektronskih naprav na osnovi silicija, temveč tudi dokazuje njihovo odlično delovanje kot samonapajanih kratkovalovnih infrardečih fotodetektorjev.
Čas objave: 28. april 2025