Ny forskning om lågdimensionell lavinfotodetektor
Högkänslig detektering av fåfoton- eller till och med enfotonteknik har betydande tillämpningsmöjligheter inom områden som avbildning i svagt ljus, fjärranalys och telemetri, såväl som kvantkommunikation. Bland dem har lavinfotodetektorer (APD) blivit en viktig riktning inom forskning om optoelektroniska enheter på grund av deras lilla storlek, höga effektivitet och enkla integration. Signal-brusförhållandet (SNR) är en viktig indikator på APD-fotodetektorer, som kräver hög förstärkning och låg mörkström. Forskningen om tvådimensionella (2D) van der Waals-heteroövergångar visar breda möjligheter för utvecklingen av högpresterande APD:er. Forskare från Kina valde det bipolära tvådimensionella halvledarmaterialet WSe₂ som det ljuskänsliga materialet och förberedde noggrant Pt/WSe₂/Ni-strukturen.APD-fotodetektormed den bästa matchande arbetsfunktionen för att lösa det inneboende förstärkningsbrusproblemet hos traditionell APD.
Forskare har föreslagit enlavinfotodetektorbaserat på Pt/WSe₂/Ni-strukturen, vilket möjliggör mycket känslig detektering av extremt svaga ljussignaler vid fW-nivå vid rumstemperatur. De valde det tvådimensionella halvledarmaterialet WSe₂, som har utmärkta elektriska egenskaper, och kombinerade det med Pt- och Ni-elektrodmaterial för att framgångsrikt utveckla en ny typ av lavinfotodetektor. Genom att exakt optimera arbetsfunktionsmatchningen mellan Pt, WSe₂ och Ni designades en transportmekanism som effektivt kan blockera mörka bärvågor samtidigt som den selektivt tillåter fotogenererade bärvågor att passera igenom. Denna mekanism minskar avsevärt det överskottsbrus som orsakas av jonisering av bäraren, vilket gör det möjligt för fotodetektorn att uppnå mycket känslig optisk signaldetektering vid en extremt låg brusnivå.
Denna studie visar den avgörande rollen av materialteknik och gränssnittsoptimering för att förbättra prestandan hosfotodetektorerGenom sinnrik design av elektroder och tvådimensionella material uppnåddes den avskärmande effekten av mörka bärvågor, vilket avsevärt minskade brusstörningar och ytterligare förbättrade detektionseffektiviteten. Prestandan hos denna detektor återspeglas inte bara i dess fotoelektriska egenskaper, utan har också breda tillämpningsmöjligheter. Med sin effektiva blockering av mörkström vid rumstemperatur och effektiva absorption av fotogenererade bärvågor är denna fotodetektor särskilt lämplig för detektering av svaga ljussignaler inom områden som miljöövervakning, astronomisk observation och optisk kommunikation. Denna forskningsprestation ger inte bara nya idéer för utveckling av fotodetektorer för lågdimensionella material, utan erbjuder också nya referenser för framtida forskning och utveckling av högpresterande och energisnåla optoelektroniska enheter.
Publiceringstid: 27 augusti 2025