Autodirigit d'alt rendimentfotodetector d'infrarojos
infrarojosfotodetectorté les característiques d'una forta capacitat antiinterferències, una forta capacitat de reconeixement d'objectius, funcionament en qualsevol clima i bona ocultació. Està jugant un paper cada cop més important en camps com la medicina, l'exèrcit, la tecnologia espacial i l'enginyeria ambiental. Entre ells, l'autodirigitdetecció fotoelèctricaEls xips que poden funcionar de manera independent sense una font d'alimentació externa addicional han atret una gran atenció en el camp de la detecció d'infrarojos a causa del seu rendiment únic (com ara la independència energètica, l'alta sensibilitat i estabilitat, etc.). En canvi, els xips de detecció fotoelèctrics tradicionals, com ara els xips infrarojos basats en silici o semiconductors de banda estreta, no només requereixen tensions de polarització addicionals per impulsar la separació dels portadors fotogenerats per produir fotocorrents, sinó que també necessiten sistemes de refrigeració addicionals per reduir el soroll tèrmic i millorar la capacitat de resposta. Per tant, s'ha tornat difícil complir els nous conceptes i requisits de la propera generació de xips de detecció d'infrarojos en el futur, com ara el baix consum d'energia, la mida petita, el baix cost i l'alt rendiment.
Recentment, equips de recerca de la Xina i Suècia han proposat un nou xip de detecció fotoelèctrica d'infraroig d'ona curta (SWIR) autoaccionat amb heterojunció de pins basat en pel·lícules de nanocinta de grafè (GNR)/alúmina/silici monocristall. Sota l'efecte combinat de l'efecte de porta òptica activat per la interfície heterogènia i el camp elèctric integrat, el xip va demostrar un rendiment de resposta i detecció ultra alt a una tensió de polarització zero. El xip de detecció fotoelèctrica té una taxa de resposta A de fins a 75,3 A/W en mode autoaccionat, una taxa de detecció de 7,5 × 10¹⁴ Jones i una eficiència quàntica externa propera al 104%, millorant el rendiment de detecció del mateix tipus de xips basats en silici en un rècord de 7 ordres de magnitud. A més, en el mode d'accionament convencional, la taxa de resposta, la taxa de detecció i l'eficiència quàntica externa del xip són totes tan altes com 843 A/W, 10¹⁵ Jones i 105% respectivament, tots els quals són els valors més alts reportats en la investigació actual. Mentrestant, aquesta investigació també va demostrar l'aplicació real del xip de detecció fotoelèctrica en els camps de la comunicació òptica i la imatge infraroja, destacant el seu enorme potencial d'aplicació.
Per tal d'estudiar sistemàticament el rendiment fotoelèctric del fotodetector basat en nanocintes de grafè /Al₂O₃/ silici monocristal·lí, els investigadors van provar les seves respostes característiques estàtiques (corba de corrent-voltatge) i dinàmiques (corba de corrent-temps). Per avaluar sistemàticament les característiques de resposta òptica del fotodetector d'heteroestructura de silici monocristal·lí de nanocintes de grafè /Al₂O₃ sota diferents voltatges de polarització, els investigadors van mesurar la resposta de corrent dinàmic del dispositiu a polaritzes de 0 V, -1 V, -3 V i -5 V, amb una densitat de potència òptica de 8,15 μW/cm². El fotocorrent augmenta amb la polarització inversa i mostra una velocitat de resposta ràpida a tots els voltatges de polarització.
Finalment, els investigadors van fabricar un sistema d'imatge i van aconseguir obtenir imatges autoalimentades d'infraroig d'ona curta. El sistema funciona amb polarització zero i no té cap consum d'energia. La capacitat d'imatge del fotodetector es va avaluar mitjançant una màscara negra amb el patró de la lletra "T" (com es mostra a la Figura 1).
En conclusió, aquesta investigació ha aconseguit fabricar fotodetectors autoalimentats basats en nanocintes de grafè i ha aconseguit una taxa de resposta rècord. Mentrestant, els investigadors han demostrat amb èxit les capacitats de comunicació òptica i imatge d'aquest...fotodetector d'alta respostaAquest assoliment de recerca no només proporciona un enfocament pràctic per al desenvolupament de nanocintes de grafè i dispositius optoelectrònics basats en silici, sinó que també demostra el seu excel·lent rendiment com a fotodetectors d'infrarojos d'ona curta autoalimentats.
Data de publicació: 28 d'abril de 2025