Fotodetector de avalanchas infravermellas de baixo limiar

Infravermellos de baixo limiarfotodetector de avalanchas

O fotodetector de avalanchas infravermellas (Fotodetector APD) é unha clase dedispositivos fotoeléctricos semiconductoresque producen unha alta ganancia mediante o efecto de ionización por colisión, para conseguir a capacidade de detección duns poucos fotóns ou incluso de fotóns individuais. Non obstante, nas estruturas convencionais de fotodetectores APD, o proceso de dispersión do portador fóra do equilibrio leva á perda de enerxía, de tal xeito que a tensión limiar de avalancha normalmente necesita alcanzar os 50-200 V. Isto impón unha maior demanda na tensión de accionamento do dispositivo e no deseño do circuíto de lectura, o que aumenta os custos e limita aplicacións máis amplas.

Recentemente, unha investigación chinesa propuxo unha nova estrutura de detector de avalanchas no infravermello próximo con baixa tensión limiar de avalancha e alta sensibilidade. Baseado na homounión autodopante da capa atómica, o fotodetector de avalanchas resolve a dispersión nociva inducida polo estado de defecto na interface que é inevitable na heterounión. Mentres tanto, o forte campo eléctrico local "pico" inducido pola rotura da simetría de translación utilízase para mellorar a interacción de Coulomb entre os portadores, suprimir a dispersión dominada polo modo fonónico fóra do plano e lograr unha alta eficiencia de duplicación dos portadores fóra do equilibrio. Á temperatura ambiente, a enerxía limiar está preto do límite teórico Eg (Eg é a banda prohibida do semicondutor) e a sensibilidade de detección do detector de avalanchas infravermellas é de ata 10.000 fotóns.

Este estudo baséase na homounión de diseleniuro de volframio (WSe₂) autodopada en capa atómica (calcoxenuro de metal de transición bidimensional, TMD) como medio de ganancia para avalanchas de portadores de carga. A rotura da simetría translacional espacial conséguese deseñando unha mutación escalonada topográfica para inducir un forte campo eléctrico local de "pico" na interface de homounión mutante.

Ademais, o grosor atómico pode suprimir o mecanismo de dispersión dominado polo modo fonónico e realizar o proceso de aceleración e multiplicación do portador fóra do equilibrio con perdas moi baixas. Isto achega a enerxía limiar de avalancha á temperatura ambiente ao límite teórico, é dicir, a banda prohibida do material semicondutor. Por exemplo, a tensión limiar de avalancha reduciuse de 50 V a 1,6 V, o que permitiu aos investigadores usar circuítos dixitais de baixa tensión maduros para impulsar a avalancha.fotodetectorasí como díodos de accionamento e transistores. Este estudo realiza a conversión e utilización eficientes da enerxía do portador fóra do equilibrio mediante o deseño dun efecto de multiplicación de avalanchas de baixo limiar, o que proporciona unha nova perspectiva para o desenvolvemento da próxima xeración de tecnoloxía de detección infravermella de avalanchas de alta sensibilidade, baixo limiar e alta ganancia.