Lågt tröskelvärde för infrarödlavinfotodetektor
Den infraröda lavinfotodetektorn (APD-fotodetektor) är en klass avfotoelektriska halvledarkomponentersom producerar hög förstärkning genom kollisionsjoniseringseffekten, för att uppnå detekteringsförmågan hos ett fåtal fotoner eller till och med enskilda fotoner. I konventionella APD-fotodetektorstrukturer leder dock den icke-jämviktsbaserade bärvågsspridningsprocessen till energiförlust, så att lavintröskelspänningen vanligtvis behöver nå 50-200 V. Detta ställer högre krav på enhetens drivspänning och avläsningskretsdesign, vilket ökar kostnaderna och begränsar bredare tillämpningar.
Nyligen har kinesisk forskning föreslagit en ny struktur för lavin-nära-infraröd detektor med låg lavintröskelspänning och hög känslighet. Baserat på den självdopande homojunctionen hos atomskiktet löser lavinfotodetektorn den skadliga spridningen som orsakas av gränssnittsdefekttillstånd, vilket är oundvikligt vid heterojunction. Samtidigt används det starka lokala "topp"-elektriska fältet som induceras av translationssymmetribrytning för att förbättra coulomb-interaktionen mellan bärvågor, undertrycka den off-plane fononmoddominerade spridningen och uppnå en hög fördubblingseffektivitet för icke-jämviktsbärvågor. Vid rumstemperatur är tröskelenergin nära den teoretiska gränsen Eg (Eg är halvledarens bandgap) och detektionskänsligheten för den infraröda lavindetektorn är upp till 10000 fotonnivå.
Denna studie är baserad på atomlagers självdopad volframdiselenid (WSe₂) homojunction (tvådimensionell övergångsmetallkalkogenid, TMD) som förstärkningsmedium för laddningsbärarlaviner. Den rumsliga translationella symmetribrytningen uppnås genom att utforma en topografisk stegmutation för att inducera ett starkt lokalt "spik"-elektriskt fält vid mutantens homojunction-gränssnitt.
Dessutom kan atomtjockleken undertrycka spridningsmekanismen som domineras av fononläget, och realisera accelerations- och multiplikationsprocessen hos icke-jämviktsbärare med mycket låg förlust. Detta bringar lavintröskelenergin vid rumstemperatur nära den teoretiska gränsen, dvs. halvledarmaterialets bandgap, t.ex. Lavintröskelspänningen reducerades från 50 V till 1,6 V, vilket gjorde det möjligt för forskarna att använda mogna digitala lågspänningskretsar för att driva lavinen.fotodetektorsamt drivdioder och transistorer. Denna studie realiserar effektiv omvandling och användning av icke-jämviktsbärarenergi genom design av en lavinmultiplikationseffekt med lågt tröskelvärde, vilket ger ett nytt perspektiv för utvecklingen av nästa generations högkänsliga, lågt tröskelvärdesbelagda och högförstärkande infraröda lavindetekteringsteknik.
Publiceringstid: 16 april 2025