בייפּאָלאַר צוויי-דימענסיאָנאַלער לאַווינע פאָטאָדעטעקטאָר

בייפּאָלאַר צוויי-דימענסיאָנאַללאַווינע פאָטאָדעטעקטאָר

דער בייפּאָולאַר צוויי-דימענסיאָנאַלער לאַווינע פאָטאָדעטעקטאָר (APD פאָטאָדעטעקטאָר) דערגרייכט גאָר נידעריק ראַש און הויך סענסיטיוויטי דעטעקציע

הויך-סענסיטיוויטי דעטעקציע פון ​​ווייניג פאטאנען אדער אפילו איינציקע פאטאנען האט וויכטיגע אנווענדונג אויסזיכטן אין פעלדער ווי שוואכע ליכט בילדגעבונג, ווייט סענסינג און טעלעמעטריע, און קוואנטום קאמוניקאציע. צווישן זיי, איז דער לאווינע פאטאדעטעקטאר (APD) געווארן א וויכטיגע ריכטונג אין דעם פעלד פון אפטא-עלעקטראנישע אפאראט פארשונג צוליב זיינע אייגנשאפטן פון קליינער גרייס, הויך עפעקטיווקייט און גרינגע אינטעגראציע. די סיגנאל-צו-ראַש פאַרהעלטעניש (SNR) איז א וויכטיגער אינדיקאטאר פון APD פאטאדעטעקטאר, וואס פארלאנגט הויך געווינס און נידריגע טונקל-שטראם. די פארשונג אויף וואן דער וואלס העטעראדזשונקציעס פון צוויי-דימענסיאנעלע (2D) מאטעריאלן ווייזט ברייטע אויסזיכטן אין דער אנטוויקלונג פון הויך-פארשטעלונג APDs. פארשער פון כינע האבן אויסגעקליבן ביפאלאר צוויי-דימענסיאנעלע האלב-קאנדוקטאר מאטעריאל WSe₂ אלס דער פאטא-סענסיטיווער מאטעריאל און קערפול צוגעגרייט APD פאטאדעטעקטאר מיט א Pt/WSe₂/Ni סטרוקטור וואס האט די בעסטע גלייכונגס ארבעט פונקציע, כדי צו לייזן די אינהערענטע געווינס ראַש פראבלעם פון טראדיציאנעלן APD פאטאדעטעקטאר.

די פֿאָרשונג־מאַנשאַפֿט האָט פֿאָרגעשטעלט אַן אַװאַנע־פֿאָטאָדעטעקטאָר באַזירט אויף דער Pt/WSe₂/Ni סטרוקטור, װאָס האָט דערגרייכט אַ הויך־סענסיטיווע דעטעקציע פֿון גאָר שװאַכע ליכט־סיגנאַלן בײַם fW לעװעל בײַ צימער־טעמפּעראַטור. זײ האָבן אויסגעקליבן דעם צװײ־דימענסיאָנאַלן האַלב־קאָנדוקטאָר־מאַטעריאַל WSe₂, װאָס האָט אויסגעצייכנטע עלעקטרישע אייגנשאַפֿטן, און קאָמבינירט Pt און Ni עלעקטראָד־מאַטעריאַלן צו מצליח זײַן צו אַנטוויקלען אַ נײַעם טיפּ אַװאַנע־פֿאָטאָדעטעקטאָר. דורך פּינקטלעך אָפּטימיזירן די אַרבעט־פֿונקציע־צופּאַסונג צװישן Pt, WSe₂ און Ni, איז אַ טראַנספּאָרט־מעכאַניזם געמאַכט געװאָרן װאָס קען עפֿעקטיוו בלאָקירן טונקעלע טרעגער בשעת ער סעלעקטיוו דערלויבט פֿאָטאָגענערירטע טרעגער דורכצוגיין. דער מעכאַניזם רעדוצירט באַדײַטנדיק דעם איבעריקן ראַש פֿאַראורזאַכט דורך טרעגער־אימפּאַקט־יאָניזאַציע, און דאָס ערמעגליכט דעם פֿאָטאָדעטעקטאָר צו דערגרייכן אַ הויך־סענסיטיווע אָפּטישע סיגנאַל־דעטעקציע בײַ אַן גאָר נידעריקן ראַש־לעװעל.

דערנאך, כדי צו קלארשטעלן דעם מעכאניזם הינטער דעם לאווינע-עפעקט וואס ווערט אינדוצירט דורך דעם שוואכן עלעקטרישן פעלד, האבן די פארשער ערשט עוואלוירט די קאמפאטיבילעטי פון די אינהערענטע ארבעט פונקציעס פון פארשידענע מעטאלן מיט WSe₂. א סעריע פון ​​מעטאל-האלב-קאנדוקטאר-מעטאל (MSM) דעווייסעס מיט פארשידענע מעטאל עלעקטראדן זענען פאבריצירט געווארן און רעלאוואנטע טעסטן זענען דורכגעפירט געווארן אויף זיי. דערצו, דורך רעדוצירן טרעגער צעשפרייטונג איידער די לאווינע הייבט זיך אן, קען די ראנדאם פון אימפאקט ייאניזאציע ווערן פארמינערט, דערמיט רעדוצירנדיק גערויש. דעריבער, זענען רעלאוואנטע טעסטן דורכגעפירט געווארן. כדי ווייטער צו דעמאנסטרירן די העכערקייט פון Pt/WSe₂/Ni APD אין טערמינען פון צייט-רעאקציע אייגנשאפטן, האבן די פארשער ווייטער עוואלוירט די -3 dB באנדווידט פון דעם דעווייס אונטער פארשידענע פאטא-עלעקטרישע געווינס ווערטן.

די עקספּערימענטאַלע רעזולטאַטן ווייַזן אַז דער Pt/WSe₂/Ni דעטעקטאָר ווייזט אַן עקסטרעם נידעריק ראַש עקוויוואַלענט מאַכט (NEP) ביי צימער טעמפּעראַטור, וואָס איז בלויז 8.07 fW/√Hz. דאָס מיינט אַז דער דעטעקטאָר קען ידענטיפיצירן עקסטרעם שוואַכע אָפּטישע סיגנאַלן. אין דערצו, קען דאָס מיטל אַרבעטן סטאַביל ביי אַ מאָדולאַציע אָפטקייט פון 20 kHz מיט אַ הויך געווינס פון 5×10⁵, און דערפאָלגרײַך סאָלווינג די טעכנישע פלאַשנעק פון טראַדיציאָנעלע פאָטאָוואָלטאַיק דעטעקטאָרן וואָס זענען שווער צו באַלאַנסירן הויך געווינס און באַנדווידט. די פֿונקציע ווערט ערוואַרטעט צו צושטעלן עס מיט באַטייטיקע אַדוואַנטאַגעס אין אַפּליקאַציעס וואָס דאַרפן הויך געווינס און נידעריק ראַש.

די פאָרשונג ווייזט די קריטישע ראָלע פון ​​מאַטעריאַל אינזשעניריע און צובינד אָפּטימיזאַציע אין פֿאַרבעסערן די פאָרשטעלונג פוןפאָטאָדעטעקטאָרסדורך אן אינזשעניערישן דיזיין פון עלעקטראָדן און צוויי-דימענסיאָנעלע מאַטעריאַלן, איז אַ שילדינג-עפעקט פון טונקעלע טרעגער דערגרייכט געוואָרן, וואָס ראַדוסירט באַדייטנד ראַש-אינטערפירענץ און פֿאַרבעסערט ווייטער די דעטעקציע-עפֿעקטיווקייט.

די פאָרשטעלונג פון דעם דעטעקטאָר איז נישט בלויז רעפלעקטעד אין די פאָטאָעלעקטרישע קעראַקטעריסטיקס, אָבער אויך האט ברייט אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס. מיט זיין עפעקטיוו בלאַקינג פון טונקל קראַנט ביי צימער טעמפּעראַטור און עפעקטיוו אַבזאָרפּשאַן פון פאָטאָגענערייטאַד טרעגער, דעם דעטעקטאָר איז ספּעציעל פּאַסיק פֿאַר דעטעקטינג שוואַך ליכט סיגנאַלז אין פעלדער אַזאַ ווי ינווייראַנמענאַל מאָניטאָרינג, אַסטראַנאַמיקאַל אָבסערוואַציע, און אָפּטישע קאָמוניקאַציע. דעם פאָרשונג דערגרייכונג ניט בלויז גיט נייַע געדאנקען פֿאַר דער אַנטוויקלונג פון נידעריק-דימענשאַנאַל מאַטעריאַל פאָטאָדעטעקטאָרס, אָבער אויך אָפפערס נייַע רעפֿערענצן פֿאַר די צוקונפֿט פאָרשונג און אַנטוויקלונג פון הויך-פאָרשטעלונג און נידעריק-מאַכט אָפּטאָעלעקטראָניק דעוויסעס.