Fotodetector infravermello autoaccionado de alto rendemento

Autopropulsado de alto rendementofotodetector infravermello

infravermellosfotodetectorten as características dunha forte capacidade antiinterferencia, unha forte capacidade de recoñecemento de obxectivos, funcionamento en calquera condición meteorolóxica e boa ocultación. Está a desempeñar un papel cada vez máis importante en campos como a medicina, o exército, a tecnoloxía espacial e a enxeñaría ambiental. Entre eles, o autopropulsadodetección fotoeléctricaOs chips que poden funcionar de forma independente sen unha fonte de alimentación externa adicional atraeron unha ampla atención no campo da detección por infravermellos debido ao seu rendemento único (como a independencia enerxética, a alta sensibilidade e estabilidade, etc.). Pola contra, os chips de detección fotoeléctrica tradicionais, como os chips infravermellos baseados en silicio ou en semicondutores de banda estreita, non só requiren tensións de polarización adicionais para impulsar a separación dos portadores fotoxerados para producir fotocorrentes, senón que tamén necesitan sistemas de refrixeración adicionais para reducir o ruído térmico e mellorar a capacidade de resposta. Polo tanto, tornouse difícil cumprir cos novos conceptos e requisitos da próxima xeración de chips de detección por infravermellos no futuro, como o baixo consumo de enerxía, o pequeno tamaño, o baixo custo e o alto rendemento.

Recentemente, equipos de investigación de China e Suecia propuxeron un novo chip de detección fotoeléctrica de infravermellos de onda curta (SWIR) autoaccionado con heterounión de pines baseado en películas de nanocinta de grafeno (GNR)/alúmina/silicio monocristalino. Baixo o efecto combinado do efecto de apertura óptica desencadeado pola interface heteroxénea e o campo eléctrico incorporado, o chip demostrou un rendemento de resposta e detección ultraaltos a unha tensión de polarización cero. O chip de detección fotoeléctrica ten unha taxa de resposta A de ata 75,3 A/W en modo autoaccionado, unha taxa de detección de 7,5 × 10¹⁴ Jones e unha eficiencia cuántica externa próxima ao 104 %, o que mellora o rendemento de detección do mesmo tipo de chips baseados en silicio nun récord de 7 ordes de magnitude. Ademais, no modo de accionamento convencional, a taxa de resposta, a taxa de detección e a eficiencia cuántica externa do chip son todas tan altas como 843 A/W, 10¹⁵ Jones e 105 % respectivamente, todos os cales son os valores máis altos reportados na investigación actual. Mentres tanto, esta investigación tamén demostrou a aplicación no mundo real do chip de detección fotoeléctrica nos campos da comunicación óptica e a imaxe infravermella, destacando o seu enorme potencial de aplicación.

Co fin de estudar sistematicamente o rendemento fotoeléctrico do fotodetector baseado en nanocintas de grafeno /Al₂O₃/ silicio monocristalino, os investigadores probaron as súas respostas características estáticas (curva de corrente-tensión) e dinámicas (curva de corrente-tempo). Para avaliar sistematicamente as características de resposta óptica do fotodetector de heteroestrutura de silicio monocristalino /Al₂O₃/ nanocinta de grafeno baixo diferentes voltaxes de polarización, os investigadores mediron a resposta de corrente dinámica do dispositivo a polarizacións de 0 V, -1 V, -3 V e -5 V, cunha densidade de potencia óptica de 8,15 μW/cm². A fotocorrente aumenta coa polarización inversa e mostra unha velocidade de resposta rápida en todas as voltaxes de polarización.

Finalmente, os investigadores fabricaron un sistema de imaxe e conseguiron obter imaxes autoalimentadas de infravermellos de onda curta. O sistema funciona con polarización cero e non consume ningún tipo de enerxía. A capacidade de imaxe do fotodetector avaliouse usando unha máscara negra co patrón da letra "T" (como se mostra na Figura 1).

En conclusión, esta investigación fabricou con éxito fotodetectores autoalimentados baseados en nanocintas de grafeno e conseguiu unha taxa de resposta récord. Mentres tanto, os investigadores demostraron con éxito as capacidades de comunicación óptica e imaxe destefotodetector de alta respostaEste logro de investigación non só proporciona unha abordaxe práctica para o desenvolvemento de nanocintas de grafeno e dispositivos optoelectrónicos baseados en silicio, senón que tamén demostra o seu excelente rendemento como fotodetectores de infravermellos de onda curta autoalimentados.