Nov fotodetektor visoke občutljivosti

Nov fotodetektor visoke občutljivosti

Pred kratkim je raziskovalna skupina na Kitajski akademiji znanosti (CAS), ki temelji na materialih galijevega oksida (PGR-GaOX), ki so bogati s polikristalnim galijem, prvič predlagala novo strategijo zasnove za visoko občutljivost in visoko odzivno hitrost fotodetektorja prek sklopljenega piroelektričnega vmesnika in učinki fotoprevodnosti, ustrezna raziskava pa je bila objavljena v Advanced Materials. Visokoenergijski fotoelektrični detektorji (za globoke ultravijolične (DUV) do rentgenske pasove) so kritični na različnih področjih, vključno z nacionalno varnostjo, medicino in industrijsko znanostjo.

Vendar pa imajo sedanji polprevodniški materiali, kot sta Si in α-Se, težave z velikim uhajajočim tokom in nizkim koeficientom absorpcije rentgenskih žarkov, kar je težko zadovoljiti potrebe visoko zmogljive detekcije. V nasprotju s tem kažejo polprevodniški materiali galijevega oksida s širokopasovno vrzeljo (WBG) velik potencial za visokoenergijsko fotoelektrično detekcijo. Vendar pa je zaradi neizogibne globoke pasti na materialni strani in pomanjkanja učinkovite zasnove strukture naprave izziv realizirati visoko občutljivost in visoko odzivno hitrost fotonskih detektorjev visoke energije, ki temeljijo na polprevodnikih s širokopasovno vrzeljo. Za reševanje teh izzivov je raziskovalna skupina na Kitajskem prvič oblikovala piroelektrično fotoprevodno diodo (PPD), ki temelji na PGR-GaOX. S povezovanjem piroelektričnega učinka vmesnika z učinkom fotoprevodnosti se učinkovitost zaznavanja znatno izboljša. PPD je pokazal visoko občutljivost tako za DUV kot za rentgenske žarke, s hitrostjo odziva do 104 A/W oziroma 105 μC × Gyair-1/cm2, kar je več kot 100-krat višje od prejšnjih detektorjev iz podobnih materialov. Poleg tega lahko piroelektrični učinek vmesnika, ki ga povzroči polarna simetrija območja osiromašenja PGR-GaOX, poveča hitrost odziva detektorja za 105-krat na 0,1 ms. V primerjavi z običajnimi fotodiodami PPDS z lastnim napajanjem ustvarjajo večje ojačanje zaradi piroelektričnih polj med preklapljanjem svetlobe.

Poleg tega lahko PPD deluje v prednapetostnem načinu, kjer je ojačenje močno odvisno od prednapetosti, ultra visoko ojačenje pa je mogoče doseči s povečanjem prednapetosti. PPD ima velik potencial uporabe v sistemih za izboljšanje slike z nizko porabo energije in visoko občutljivostjo. To delo ne le dokazuje, da je GaOX obetaven visokoenergijski fotodetektorski material, ampak tudi zagotavlja novo strategijo za uresničitev visoko zmogljivih visokoenergijskih fotodetektorjev.