Infraroig de baix llindarfotodetector d'allaus
El fotodetector d'allaus infrarojos (fotodetector APD) és una classe dedispositius fotoelèctrics semiconductorsque produeixen un guany elevat a través de l'efecte d'ionització per col·lisió, per tal d'aconseguir la capacitat de detecció d'uns pocs fotons o fins i tot fotons individuals. Tanmateix, en les estructures convencionals de fotodetectors APD, el procés de dispersió del portador fora de l'equilibri condueix a la pèrdua d'energia, de manera que el voltatge llindar d'allau normalment ha d'arribar a 50-200 V. Això imposa una major demanda al voltatge d'accionament del dispositiu i al disseny del circuit de lectura, augmentant els costos i limitant aplicacions més àmplies.
Recentment, una investigació xinesa ha proposat una nova estructura de detector d'allaus d'infraroig proper amb un voltatge llindar d'allaus baix i una alta sensibilitat. Basat en l'homounió autodopant de la capa atòmica, el fotodetector d'allaus resol la dispersió nociva induïda per l'estat de defecte d'interfície que és inevitable en l'heterounió. Mentrestant, el fort camp elèctric local "pic" induït per la ruptura de la simetria de translació s'utilitza per millorar la interacció de Coulomb entre els portadors, suprimir la dispersió dominada pel mode fonònic fora del pla i aconseguir una alta eficiència de duplicació dels portadors fora de l'equilibri. A temperatura ambient, l'energia llindar és propera al límit teòric Eg (Eg és la banda prohibida del semiconductor) i la sensibilitat de detecció del detector d'allaus d'infrarojos és de fins a 10.000 fotons.
Aquest estudi es basa en l'homojunció de diseleniur de tungstè (WSe₂) autodopat en capa atòmica (calcogenur de metall de transició bidimensional, TMD) com a medi de guany per a allaus de portadors de càrrega. El trencament de la simetria translacional espacial s'aconsegueix dissenyant una mutació topogràfica esglaonada per induir un fort camp elèctric local de "punta" a la interfície d'homojunció mutant.
A més, el gruix atòmic pot suprimir el mecanisme de dispersió dominat pel mode fonònic i realitzar el procés d'acceleració i multiplicació del portador fora de l'equilibri amb pèrdues molt baixes. Això fa que l'energia llindar d'allau a temperatura ambient s'acosti al límit teòric, és a dir, la banda prohibida del material semiconductor. Per exemple, el voltatge llindar d'allau es va reduir de 50 V a 1,6 V, permetent als investigadors utilitzar circuits digitals de baix voltatge madurs per impulsar l'allau.fotodetectoraixí com díodes i transistors d'accionament. Aquest estudi realitza la conversió i utilització eficients de l'energia del portador fora de l'equilibri mitjançant el disseny de l'efecte multiplicador d'allaus de baix llindar, que proporciona una nova perspectiva per al desenvolupament de la propera generació de tecnologia de detecció d'allaus per infrarojos d'alta sensibilitat, baix llindar i alt guany.
Data de publicació: 16 d'abril de 2025