Фотодетектор за инфрацрвена лавина со низок праг

Низок праг на инфрацрвена светлинафотодетектор за лавини

Инфрацрвениот фотодетектор за лавини (APD фотодетектор) е класа наполупроводнички фотоелектрични уредикои произведуваат големо засилување преку ефект на јонизација од судир, со цел да се постигне способност за детекција на неколку фотони или дури и единечни фотони. Меѓутоа, кај конвенционалните APD фотодетекторски структури, процесот на расејување на носители што не се во рамнотежа доведува до губење на енергија, така што прагот на напонот на лавината обично треба да достигне 50-200 V. Ова поставува поголеми барања за напонот на погонот на уредот и дизајнот на колото за отчитување, зголемувајќи ги трошоците и ограничувајќи ги пошироките примени.

Неодамна, кинеските истражувања предложија нова структура на детектор за лавини во близина на инфрацрвениот спектар со низок праг на напон на лавина и висока чувствителност. Врз основа на самодопирањето на хомоспојката на атомскиот слој, фотодетекторот за лавина го решава штетното расејување предизвикано од состојбата на дефект на интерфејсот, што е неизбежно кај хетероспојката. Во меѓувреме, силното локално електрично поле „врвно“ предизвикано од нарушување на симетријата на транслацијата се користи за подобрување на кулонската интеракција помеѓу носителите, потиснување на расејувањето доминирано од фононскиот режим надвор од рамнината и постигнување висока ефикасност на удвојување на носителите кои не се во рамнотежа. На собна температура, прагот на енергија е блиску до теоретската граница Eg (Eg е енергетскиот јаз на полупроводникот), а чувствителноста на детекција на инфрацрвениот детектор за лавини е до ниво од 10000 фотони.

Оваа студија се базира на хомоспојка од волфрам диселенид (WSe₂) во атомски слој, самодопирана (дводимензионален халкогенид на преоден метал, TMD) како медиум за засилување за лавини на носители на полнеж. Пробивањето на просторната транслациска симетрија се постигнува со дизајнирање на мутација на топографијата за да се индуцира силно локално „шилесто“ електрично поле на интерфејсот на мутантната хомоспојка.

Покрај тоа, атомската дебелина може да го потисне механизмот на расејување доминиран од фононскиот режим и да го реализира процесот на забрзување и множење на носител кој не е во рамнотежа со многу мали загуби. Ова ја доближува енергијата на прагот на лавината на собна температура до теоретската граница, т.е. јазот на полупроводничкиот материјал, на пр. Напонот на прагот на лавината беше намален од 50 V на 1,6 V, овозможувајќи им на истражувачите да користат зрели нисконапонски дигитални кола за да ја поттикнат лавината.фотодетекторкако и погонски диоди и транзистори. Оваа студија ја реализира ефикасната конверзија и искористување на нерамнотежна енергија на носачот преку дизајнирање на ефект на множење на лавина со низок праг, што обезбедува нова перспектива за развој на следната генерација на високо чувствителна, нископрагна и високозасилена технологија за инфрацрвено откривање на лавина.