მაღალი ხარისხის თვითმართვადი ინფრაწითელი ფოტოდეტექტორი

მაღალი ხარისხის, თვითმართვადიინფრაწითელი ფოტოდეტექტორი

ინფრაწითელიფოტოდეტექტორიახასიათებს ძლიერი ჩარევის საწინააღმდეგო უნარი, სამიზნის ამოცნობის ძლიერი უნარი, ნებისმიერ ამინდში მუშაობა და კარგი დამალვა. ის სულ უფრო მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ისეთ სფეროებში, როგორიცაა მედიცინა, სამხედრო, კოსმოსური ტექნოლოგიები და გარემოსდაცვითი ინჟინერია. მათ შორისაა თვითმართვადი...ფოტოელექტრული დეტექციაჩიპმა, რომელსაც შეუძლია დამოუკიდებლად მუშაობა გარე დამატებითი კვების წყაროს გარეშე, დიდი ყურადღება მიიპყრო ინფრაწითელი დეტექციის სფეროში მისი უნიკალური მახასიათებლების გამო (როგორიცაა ენერგოდამოუკიდებლობა, მაღალი მგრძნობელობა და სტაბილურობა და ა.შ.). ამის საპირისპიროდ, ტრადიციული ფოტოელექტრული დეტექციის ჩიპები, როგორიცაა სილიციუმზე დაფუძნებული ან ვიწროზოლოვანი ნახევარგამტარული ინფრაწითელი ჩიპები, არა მხოლოდ საჭიროებენ დამატებით ძაბვებს ფოტოგენერირებული მატარებლების გამოყოფის უზრუნველსაყოფად ფოტოდენების წარმოსაქმნელად, არამედ საჭიროებენ დამატებით გაგრილების სისტემებს თერმული ხმაურის შესამცირებლად და რეაგირების გასაუმჯობესებლად. ამიტომ, მომავალში რთული გახდა ინფრაწითელი დეტექციის ჩიპების შემდეგი თაობის ახალი კონცეფციებისა და მოთხოვნების დაკმაყოფილება, როგორიცაა დაბალი ენერგომოხმარება, მცირე ზომა, დაბალი ღირებულება და მაღალი შესრულება.

ცოტა ხნის წინ, ჩინეთისა და შვედეთის კვლევითმა ჯგუფებმა შემოგვთავაზეს ახალი, პინ-ჰეტეროშეერთების თვითმართვადი მოკლეტალღოვანი ინფრაწითელი (SWIR) ფოტოელექტრული დეტექციის ჩიპი, რომელიც დაფუძნებულია გრაფენის ნანოლენტის (GNR) ფირებზე/ალუმინის ოქსიდზე/მონოკრისტალურ სილიციუმზე. ჰეტეროგენული ინტერფეისით გამოწვეული ოპტიკური კარიბჭის ეფექტისა და ჩაშენებული ელექტრული ველის კომბინირებული ეფექტის ქვეშ, ჩიპმა აჩვენა ულტრა მაღალი რეაგირება და დეტექციის შესრულება ნულოვანი გადახრის ძაბვის დროს. ფოტოელექტრული დეტექციის ჩიპს აქვს 75.3 ა/ვტ-მდე მაღალი რეაგირების სიჩქარე თვითმართვად რეჟიმში, 7.5 × 10¹⁴ ჯონსის დეტექციის სიჩქარე და 104%-თან ახლოს მდებარე გარე კვანტური ეფექტურობა, რაც აუმჯობესებს იმავე ტიპის სილიციუმზე დაფუძნებული ჩიპების დეტექციის შესრულებას რეკორდული 7 რიგითობით. გარდა ამისა, ჩვეულებრივი მართვის რეჟიმში, ჩიპის რეაგირების სიჩქარე, დეტექციის სიჩქარე და გარე კვანტური ეფექტურობა შესაბამისად 843 ა/ვტ, 10¹⁵ ჯონსის და 105%-მდე მაღალია, რაც ყველა მიმდინარე კვლევაში დაფიქსირებული ყველაზე მაღალი მნიშვნელობებია. ამასობაში, ამ კვლევამ ასევე აჩვენა ფოტოელექტრული დეტექციის ჩიპის რეალურ სამყაროში გამოყენება ოპტიკური კომუნიკაციისა და ინფრაწითელი გამოსახულების სფეროებში, რაც ხაზს უსვამს მის უზარმაზარ გამოყენების პოტენციალს.

გრაფენის ნანოლენტების /Al₂O₃/ მონოკრისტალური სილიციუმის ფოტოდეტექტორის ფოტოელექტრული მახასიათებლების სისტემატურად შესწავლის მიზნით, მკვლევარებმა გამოსცადეს მისი სტატიკური (დენი-ძაბვის მრუდი) და დინამიური დამახასიათებელი რეაქციები (დენი-დროის მრუდი). გრაფენის ნანოლენტის /Al₂O₃/ მონოკრისტალური სილიციუმის ჰეტეროსტრუქტურული ფოტოდეტექტორის ოპტიკური რეაგირების მახასიათებლების სისტემატურად შესაფასებლად სხვადასხვა გადახრის ძაბვის დროს, მკვლევარებმა გაზომეს მოწყობილობის დინამიური დენის რეაქცია 0 ვ, -1 ვ, -3 ვ და -5 ვ გადახრებზე, 8.15 μW/სმ² ოპტიკური სიმძლავრის სიმკვრივით. ფოტოდენი იზრდება უკუ გადახრასთან ერთად და აჩვენებს სწრაფ რეაგირების სიჩქარეს ყველა გადახრის ძაბვაზე.

საბოლოოდ, მკვლევრებმა შექმნეს გამოსახულების სისტემა და წარმატებით მიაღწიეს მოკლეტალღოვანი ინფრაწითელი გამოსხივების თვითმოხმარების რეჟიმში გადაღებას. სისტემა მუშაობს ნულოვანი მიკერძოების პირობებში და საერთოდ არ მოიხმარს ენერგიას. ფოტოდეტექტორის გამოსახულების მიღების შესაძლებლობა შეფასდა შავი ნიღბის გამოყენებით, რომელსაც აქვს ასო „T“ (როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 1-ზე).

დასკვნის სახით, ამ კვლევამ წარმატებით შექმნა გრაფენის ნანოლენტების ბაზაზე დაფუძნებული თვითმავალი ფოტოდეტექტორები და მიაღწია რეკორდულად მაღალ რეაგირების მაჩვენებელს. ამასობაში, მკვლევრებმა წარმატებით აჩვენეს ამ მოწყობილობის ოპტიკური კომუნიკაციისა და ვიზუალიზაციის შესაძლებლობები.მაღალი რეაგირების ფოტოდეტექტორიეს კვლევითი მიღწევა არა მხოლოდ პრაქტიკულ მიდგომას გვთავაზობს გრაფენის ნანოლენტებისა და სილიციუმზე დაფუძნებული ოპტოელექტრონული მოწყობილობების შემუშავებისთვის, არამედ აჩვენებს მათ შესანიშნავ მუშაობას, როგორც თვითმომუშავე მოკლეტალღოვანი ინფრაწითელი ფოტოდეტექტორების.