Фотодетектори тармаҳои дученакаи биполярӣ

Дученакагии биполярӣфотодетектори тарма

Фотодетектори тармаҳои дученакаи биполярӣ (Фотодетектори APD) муайянкунии садои хеле паст ва ҳассосияти баландро ба даст меорад

Ошкоркунии ҳассосияти баланд барои чанд фотон ё ҳатто фотонҳои алоҳида дар соҳаҳо ба монанди тасвири нури заиф, зондкунии дурдаст ва телеметрия ва муоширати квантӣ дурнамои муҳими татбиқ дорад. Дар байни онҳо, фотодетектори тарма (APD) бо сабаби хусусиятҳои андозаи хурд, самаранокии баланд ва ҳамгироии осон ба самти муҳим дар соҳаи таҳқиқоти дастгоҳҳои оптоэлектронӣ табдил ёфтааст. Таносуби сигнал ба садо (SNR) нишондиҳандаи муҳими фотодетектори APD мебошад, ки ба афзоиши баланд ва ҷараёни торикии паст ниёз дорад. Тадқиқот дар бораи гетерожазбаҳои ван дер Ваалси маводҳои дученака (2D) дурнамои васеъро дар таҳияи APD-ҳои баландсифат нишон медиҳад. Муҳаққиқони Чин маводи нимноқилии дученака WSe₂-ро ҳамчун маводи ҳассос барои фотодетектори APD бо бодиққат омода карданд ва фотодетектори APD-ро бо сохтори Pt/WSe₂/Ni, ки беҳтарин функсияи мувофиқро дорад, барои ҳалли мушкилоти садои афзоиши дохилии фотодетектори анъанавии APD бодиққат омода карданд.

Гурӯҳи тадқиқотӣ фотодетектори тармаро дар асоси сохтори Pt/WSe₂/Ni пешниҳод кард, ки ба ошкоркунии хеле ҳассосияти сигналҳои рӯшноии хеле заиф дар сатҳи fW дар ҳарорати хонагӣ ноил гардид. Онҳо маводи нимноқилии дученакаи WSe₂-ро интихоб карданд, ки дорои хосиятҳои аълои электрикӣ мебошад ва маводҳои электродии Pt ва Ni-ро якҷоя карда, намуди нави фотодетектори тармаро бомуваффақият таҳия карданд. Бо роҳи беҳсозии дақиқи мувофиқати функсияи корӣ байни Pt, WSe₂ ва Ni, механизми интиқол тарҳрезӣ карда шуд, ки метавонад интиқолдиҳандаҳои торикро самаранок масдуд кунад ва дар айни замон интихобан имкон диҳад, ки интиқолдиҳандаҳои фотогенератсияшуда аз он гузаранд. Ин механизм садои аз ҳад зиёдро, ки аз ионизатсияи зарбаи интиқолдиҳанда ба вуҷуд меояд, ба таври назаррас коҳиш медиҳад ва ба фотодетектор имкон медиҳад, ки ошкоркунии сигнали оптикии хеле ҳассосро дар сатҳи садои хеле паст ба даст орад.

Сипас, барои равшан кардани механизми таъсири тарма, ки аз майдони электрикии заиф ба вуҷуд омадааст, муҳаққиқон дар аввал мутобиқати функсияҳои кории дохилии металлҳои гуногунро бо WSe₂ арзёбӣ карданд. Як силсила дастгоҳҳои металл-нимноқил-металл (MSM) бо электродҳои гуногуни металлӣ сохта шуданд ва дар онҳо озмоишҳои дахлдор гузаронида шуданд. Илова бар ин, бо кам кардани парокандагии интиқолдиҳанда пеш аз оғози тарма, тасодуфии ионизатсияи зарбаро метавон коҳиш дод ва бо ин васила садоро кам кард. Аз ин рӯ, озмоишҳои дахлдор гузаронида шуданд. Барои нишон додани бартарии Pt/WSe₂/Ni APD аз ҷиҳати хусусиятҳои вокуниши вақт, муҳаққиқон минбаъд паҳнои банди -3 дБ-и дастгоҳро дар зери арзишҳои гуногуни афзоиши фотоэлектрикӣ арзёбӣ карданд.

Натиҷаҳои таҷрибавӣ нишон медиҳанд, ки детектори Pt/WSe₂/Ni дар ҳарорати хонагӣ қувваи эквиваленти садои хеле паст (NEP)-ро нишон медиҳад, ки танҳо 8.07 fW/√Hz аст. Ин маънои онро дорад, ки детектор метавонад сигналҳои оптикии хеле заифро муайян кунад. Ғайр аз ин, ин дастгоҳ метавонад бо басомади модулятсияи 20 кГц бо фоидаи баланди 5×10⁵ устувор кор кунад ва мушкилоти техникии детекторҳои анъанавии фотоэлектрикиро, ки мувозинати фоидаи баланд ва паҳнои банд душвор аст, бомуваффақият ҳал кунад. Интизор меравад, ки ин хусусият ба он дар барномаҳое, ки фоидаи баланд ва садои пастро талаб мекунанд, бартариҳои назаррас диҳад.

Ин таҳқиқот нақши муҳими муҳандисии мавод ва беҳсозии интерфейсро дар беҳтар кардани самаранокии система нишон медиҳад.фотодетекторхоТавассути тарҳрезии оқилонаи электродҳо ва маводҳои дученака, таъсири муҳофизатии интиқолдиҳандаҳои торик ба даст оварда шуд, ки ба таври назаррас халалдоршавии садоро коҳиш медиҳад ва самаранокии ошкоркуниро боз ҳам беҳтар мекунад.

Самаранокии ин детектор на танҳо дар хусусиятҳои фотоэлектрикӣ инъикос меёбад, балки дурнамои васеъи истифода низ дорад. Бо бастани самараноки ҷараёни торик дар ҳарорати хонагӣ ва ҷабби самараноки интиқолдиҳандаҳои фотогенератсияшуда, ин детектор махсусан барои муайян кардани сигналҳои заифи рӯшноӣ дар соҳаҳо ба монанди мониторинги муҳити зист, мушоҳидаҳои астрономӣ ва муоширати оптикӣ мувофиқ аст. Ин дастоварди тадқиқотӣ на танҳо ғояҳои навро барои таҳияи фотодетекторҳои моддии камандоза пешниҳод мекунад, балки инчунин барои таҳқиқот ва таҳияи ояндаи дастгоҳҳои оптоэлектронии баландсифат ва камқувват истинодҳои нав пешниҳод мекунад.