Bipolar dua dimensifotodetektor longsor
Fotodetektor longsoran dua dimensi bipolar (Fotodetektor APD) mencapai deteksi kebisingan yang sangat rendah dan sensitivitas tinggi
Deteksi sensitivitas tinggi dari beberapa foton atau bahkan foton tunggal memiliki prospek aplikasi penting dalam bidang-bidang seperti pencitraan cahaya lemah, penginderaan jauh dan telemetri, dan komunikasi kuantum. Di antara mereka, fotodetektor longsor (APD) telah menjadi arah penting dalam bidang penelitian perangkat optoelektronik karena karakteristiknya dari ukuran kecil, efisiensi tinggi dan integrasi yang mudah. Rasio sinyal terhadap derau (SNR) merupakan indikator penting fotodetektor APD, yang membutuhkan penguatan tinggi dan arus gelap rendah. Penelitian tentang heterojunction van der Waals dari bahan dua dimensi (2D) menunjukkan prospek luas dalam pengembangan APD berkinerja tinggi. Para peneliti dari Tiongkok memilih bahan semikonduktor dua dimensi bipolar WSe₂ sebagai bahan fotosensitif dan secara cermat menyiapkan fotodetektor APD dengan struktur Pt/WSe₂/Ni yang memiliki fungsi kerja pencocokan terbaik, untuk memecahkan masalah derau penguatan yang melekat pada fotodetektor APD tradisional.
Tim peneliti mengusulkan sebuah fotodetektor longsor berbasis struktur Pt/WSe₂/Ni, yang mampu mendeteksi sinyal cahaya sangat lemah dengan sensitivitas tinggi pada tingkat fW pada suhu ruangan. Mereka memilih material semikonduktor dua dimensi WSe₂, yang memiliki sifat kelistrikan yang sangat baik, dan menggabungkan material elektroda Pt dan Ni untuk berhasil mengembangkan tipe baru fotodetektor longsor. Dengan mengoptimalkan pencocokan fungsi kerja antara Pt, WSe₂, dan Ni secara presisi, sebuah mekanisme transpor dirancang yang dapat secara efektif memblokir pembawa gelap sekaligus secara selektif membiarkan pembawa fotogenerasi melewatinya. Mekanisme ini secara signifikan mengurangi derau berlebih yang disebabkan oleh ionisasi tumbukan pembawa, sehingga fotodetektor dapat mencapai deteksi sinyal optik yang sangat sensitif pada tingkat derau yang sangat rendah.
Kemudian, untuk memperjelas mekanisme di balik efek longsoran yang diinduksi oleh medan listrik lemah, para peneliti awalnya mengevaluasi kompatibilitas fungsi kerja inheren berbagai logam dengan WSe₂. Serangkaian perangkat logam-semikonduktor-logam (MSM) dengan berbagai elektroda logam dibuat dan pengujian yang relevan dilakukan terhadap perangkat tersebut. Selain itu, dengan mengurangi hamburan pembawa sebelum longsoran dimulai, keacakan ionisasi impak dapat dikurangi, sehingga mengurangi derau. Oleh karena itu, pengujian yang relevan dilakukan. Untuk lebih menunjukkan keunggulan APD Pt/WSe₂/Ni dalam hal karakteristik respons waktu, para peneliti selanjutnya mengevaluasi bandwidth -3 dB perangkat tersebut pada berbagai nilai penguatan fotolistrik.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa detektor Pt/WSe₂/Ni menunjukkan daya ekivalen derau (NEP) yang sangat rendah pada suhu ruangan, yaitu hanya 8,07 fW/√Hz. Ini berarti detektor ini dapat mengidentifikasi sinyal optik yang sangat lemah. Selain itu, perangkat ini dapat beroperasi secara stabil pada frekuensi modulasi 20 kHz dengan penguatan tinggi sebesar 5×10⁵, sehingga berhasil mengatasi hambatan teknis detektor fotovoltaik tradisional yang sulit menyeimbangkan penguatan dan bandwidth tinggi. Fitur ini diharapkan dapat memberikan keunggulan signifikan dalam aplikasi yang membutuhkan penguatan tinggi dan derau rendah.
Penelitian ini menunjukkan peran penting rekayasa material dan optimasi antarmuka dalam meningkatkan kinerjafotodetektorMelalui desain elektroda dan material dua dimensi yang cerdik, efek perisai pembawa gelap telah tercapai, yang secara signifikan mengurangi gangguan derau dan semakin meningkatkan efisiensi deteksi.
Performa detektor ini tidak hanya tercermin dalam karakteristik fotolistriknya, tetapi juga memiliki prospek aplikasi yang luas. Dengan kemampuan pemblokiran arus gelap yang efektif pada suhu ruangan dan penyerapan pembawa fotoelektronik yang efisien, detektor ini sangat cocok untuk mendeteksi sinyal cahaya lemah di bidang-bidang seperti pemantauan lingkungan, observasi astronomi, dan komunikasi optik. Pencapaian penelitian ini tidak hanya memberikan ide-ide baru untuk pengembangan fotodetektor material berdimensi rendah, tetapi juga menawarkan referensi baru untuk penelitian dan pengembangan perangkat optoelektronik berkinerja tinggi dan berdaya rendah di masa mendatang.
Waktu posting: 18-Jun-2025