Nova investigación sobre fotodetector de avalanchas de baixa dimensionalidade

Nova investigación sobre fotodetector de avalanchas de baixa dimensionalidade

A detección de alta sensibilidade de tecnoloxías de poucos fotóns ou incluso de fotóns únicos ofrece importantes perspectivas de aplicación en campos como a imaxe con pouca luz, a teledetección e a telemetría, así como a comunicación cuántica. Entre eles, os fotodetectores de avalanchas (APD) convertéronse nunha dirección importante no campo da investigación de dispositivos optoelectrónicos debido ao seu pequeno tamaño, alta eficiencia e fácil integración. A relación sinal-ruído (SNR) é un indicador importante do fotodetector APD, que require alta ganancia e baixa corrente de escuridade. A investigación sobre heteroxuncións de van der Waals de materiais bidimensionais (2D) mostra amplas perspectivas no desenvolvemento de APD de alto rendemento. Investigadores de China seleccionaron o material semicondutor bidimensional bipolar WSe₂ como material fotosensible e prepararon coidadosamente a estrutura Pt/WSe₂/Ni.Fotodetector APDcoa mellor función de traballo de adaptación para resolver o problema de ruído de ganancia inherente do APD tradicional.

Os investigadores propuxeron unhafotodetector de avalanchasbaseándose na estrutura Pt/WSe₂/Ni, conseguindo unha detección altamente sensible de sinais de luz extremadamente débiles ao nivel de fW a temperatura ambiente. Seleccionaron o material semicondutor bidimensional WSe₂, que ten excelentes propiedades eléctricas, e combinárono con materiais de eléctrodos de Pt e Ni para desenvolver con éxito un novo tipo de fotodetector de avalanchas. Ao optimizar con precisión a coincidencia da función de traballo entre Pt, WSe₂ e Ni, deseñouse un mecanismo de transporte que pode bloquear eficazmente os portadores escuros e, ao mesmo tempo, permitir selectivamente o paso dos portadores fotoxerados. Este mecanismo reduce significativamente o exceso de ruído causado pola ionización de impacto de portador, o que permite que o fotodetector logre unha detección de sinal óptico altamente sensible a un nivel de ruído extremadamente baixo.

Este estudo demostra o papel crucial da enxeñaría de materiais e a optimización de interfaces na mellora do rendemento defotodetectoresMediante un deseño enxeñoso de eléctrodos e materiais bidimensionais, conseguiuse o efecto de blindaxe dos portadores escuros, o que reduciu significativamente a interferencia de ruído e mellorou aínda máis a eficiencia da detección. O rendemento deste detector non só se reflicte nas súas características fotoeléctricas, senón que tamén ten amplas perspectivas de aplicación. Co seu bloqueo eficaz da corrente escura á temperatura ambiente e a absorción eficiente dos portadores fotoxerados, este fotodetector é especialmente axeitado para a detección de sinais de luz débiles en campos como a monitorización ambiental, a observación astronómica e a comunicación óptica. Este logro da investigación non só proporciona novas ideas para o desenvolvemento de fotodetectores de materiais de baixa dimensionalidade, senón que tamén ofrece novas referencias para a futura investigación e desenvolvemento de dispositivos optoelectrónicos de alto rendemento e baixa potencia.