დაბალი ზღურბლის ინფრაწითელი ზვავის ფოტოდეტექტორი

დაბალი ზღურბლის ინფრაწითელიზვავის ფოტოდეტექტორი

ინფრაწითელი ზვავის ფოტოდეტექტორი (APD ფოტოდეტექტორი) არის კლასინახევარგამტარული ფოტოელექტრული მოწყობილობებირომლებიც შეჯახების იონიზაციის ეფექტის მეშვეობით მაღალ გაძლიერებას ქმნიან, რათა მიღწეული იქნას რამდენიმე ფოტონის ან თუნდაც ერთი ფოტონის აღმოჩენის უნარი. თუმცა, ტრადიციულ APD ფოტოდეტექტორულ სტრუქტურებში, არათანაბარი მატარებლების გაფანტვის პროცესი იწვევს ენერგიის დანაკარგს, ისე, რომ ზვავის ზღურბლის ძაბვამ, როგორც წესი, 50-200 ვოლტს უნდა მიაღწიოს. ეს უფრო მაღალ მოთხოვნებს აყენებს მოწყობილობის წამყვანი ძაბვისა და წაკითხვის წრედის დიზაინზე, ზრდის ხარჯებს და ზღუდავს უფრო ფართო გამოყენებას.

ცოტა ხნის წინ, ჩინურმა კვლევამ შემოგვთავაზა ზვავის ახლო ინფრაწითელი დეტექტორის ახალი სტრუქტურა, ზვავის დაბალი ზღურბლის ძაბვით და მაღალი მგრძნობელობით. ატომური ფენის თვითდოპირებული ჰომოშეერთების საფუძველზე, ზვავის ფოტოდეტექტორი წყვეტს ინტერფეისის დეფექტის მდგომარეობით გამოწვეულ მავნე გაფანტვას, რაც გარდაუვალია ჰეტეროშეერთების დროს. ამასობაში, ტრანსლაციის სიმეტრიის დარღვევით გამოწვეული ძლიერი ლოკალური „პიკური“ ელექტრული ველი გამოიყენება მატარებლებს შორის კულონის ურთიერთქმედების გასაძლიერებლად, სიბრტყის გარეთ ფონონური რეჟიმის დომინირებული გაფანტვის ჩასახშობად და არათანაბარი მატარებლების მაღალი გაორმაგების ეფექტურობის მისაღწევად. ოთახის ტემპერატურაზე, ზღურბლის ენერგია ახლოსაა თეორიულ ზღვართან Eg (Eg არის ნახევარგამტარის ზოლური უფსკრული) და ინფრაწითელი ზვავის დეტექტორის აღმოჩენის მგრძნობელობა 10000 ფოტონის დონემდეა.

ეს კვლევა ეფუძნება ატომ-ფენის თვითდოპირებულ ვოლფრამის დისელენიდის (WSe₂) ჰომოშეერთებას (ორგანზომილებიანი გარდამავალი ლითონის ქალკოგენიდი, TMD), როგორც მუხტის მატარებლების ზვავების გამაძლიერებელ გარემოს. სივრცითი ტრანსლაციური სიმეტრიის დარღვევა მიიღწევა ტოპოგრაფიული საფეხურის მუტაციის დიზაინით, რათა მუტანტური ჰომოშეერთების საზღვარზე ძლიერი ლოკალური „წვეტიანი“ ელექტრული ველი გამოიწვიონ.

გარდა ამისა, ატომის სისქეს შეუძლია ფონონის რეჟიმით დომინირებული გაფანტვის მექანიზმის დათრგუნვა და არათანაბარი გადამტანის აჩქარებისა და გამრავლების პროცესის განხორციელება ძალიან დაბალი დანაკარგებით. ეს ოთახის ტემპერატურაზე ზვავის ზღურბლის ენერგიას თეორიულ ზღვართან, ანუ ნახევარგამტარული მასალის ზოლურ უფსკრულთან უახლოვდება. მაგ. ზვავის ზღურბლის ძაბვა 50 ვ-დან 1.6 ვ-მდე შემცირდა, რამაც მკვლევარებს საშუალება მისცა, ზვავის რეგულირებისთვის გამოეყენებინათ განვითარებული დაბალი ძაბვის ციფრული სქემები.ფოტოდეტექტორიასევე წამყვანი დიოდები და ტრანზისტორები. ეს კვლევა ახორციელებს არათანაბარი მატარებლის ენერგიის ეფექტურ გარდაქმნას და გამოყენებას დაბალი ზღურბლის ზვავის გამრავლების ეფექტის დიზაინის მეშვეობით, რაც ახალ პერსპექტივას იძლევა მაღალი მგრძნობელობის, დაბალი ზღურბლის და მაღალი მოგების ზვავის ინფრაწითელი აღმოჩენის ტექნოლოგიის შემდეგი თაობის განვითარებისთვის.