Ny högkänslig fotodetektor

Ny högkänslig fotodetektor

Nyligen föreslog ett forskarlag vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) baserat på polykristallina galliumrika galliumoxidmaterial (PGR-GaOX) för första gången en ny designstrategi för hög känslighet och hög responshastighet med hög fotodetektor genom kopplat gränssnitt pyroelektrisk och fotokonduktivitetseffekter, och relevant forskning publicerades i Advanced Materials. Högenergifotoelektriska detektorer (för djupa ultravioletta (DUV) till röntgenband) är kritiska inom en mängd olika områden, inklusive nationell säkerhet, medicin och industrivetenskap.

Emellertid har de nuvarande halvledarmaterialen som Si och α-Se problemen med stor läckström och låg röntgenabsorptionskoefficient, vilket är svårt att möta behoven av högpresterande detektering. Däremot visar halvledargalliumoxidmaterial med bredbandsgap (WBG) stor potential för högenergifotoelektrisk detektion. Men på grund av den oundvikliga djupnivåfällan på materialsidan och avsaknaden av effektiv design på enhetsstrukturen, är det utmanande att realisera hög känslighet och hög responshastighet högenergifotondetektorer baserade på halvledare med bredbandsgap. För att möta dessa utmaningar har ett forskarlag i Kina designat en pyroelektrisk fotokonduktiv diod (PPD) baserad på PGR-GaOX för första gången. Genom att koppla den pyroelektriska gränssnittseffekten med fotokonduktivitetseffekten förbättras detekteringsprestandan avsevärt. PPD visade hög känslighet för både DUV och röntgenstrålar, med svarsfrekvenser upp till 104A/W respektive 105μC×Gyair-1/cm2, mer än 100 gånger högre än tidigare detektorer gjorda av liknande material. Dessutom kan den pyroelektriska gränssnittseffekten som orsakas av den polära symmetrin i PGR-GaOX-utarmningsområdet öka detektorns svarshastighet med 105 gånger till 0,1 ms. Jämfört med konventionella fotodioder producerar PPDS med självförsörjning högre förstärkningar på grund av pyroelektriska fält under ljusväxling.

Dessutom kan PPD arbeta i förspänningsläge, där förstärkningen är starkt beroende av förspänningen, och ultrahög förstärkning kan uppnås genom att öka förspänningen. PPD har stor applikationspotential i låg energiförbrukning och högkänsliga bildbehandlingssystem. Detta arbete bevisar inte bara att GaOX är ett lovande högenergifotodetektormaterial, utan ger också en ny strategi för att realisera högpresterande högenergifotodetektorer.