Fotodetektor inframerah mandiri berkinerja tinggi

Mobil otonom berkinerja tinggifotodetektor inframerah

inframerahfotodetektormemiliki karakteristik kemampuan anti-interferensi yang kuat, kemampuan pengenalan target yang kuat, operasi segala cuaca, dan penyembunyian yang baik. Ia memainkan peran yang semakin penting di berbagai bidang seperti kedokteran, militer, teknologi ruang angkasa, dan teknik lingkungan. Di antaranya, yang memiliki kemampuan mengemudi sendirideteksi fotolistrikChip yang dapat beroperasi secara independen tanpa catu daya tambahan eksternal telah menarik perhatian luas di bidang deteksi inframerah karena kinerjanya yang unik (seperti kemandirian energi, sensitivitas dan stabilitas tinggi, dll.). Sebaliknya, chip deteksi fotolistrik tradisional, seperti chip inframerah berbasis silikon atau semikonduktor pita sempit, tidak hanya membutuhkan tegangan bias tambahan untuk mendorong pemisahan pembawa fotogenerasi untuk menghasilkan arus foto, tetapi juga membutuhkan sistem pendingin tambahan untuk mengurangi kebisingan termal dan meningkatkan responsivitas. Oleh karena itu, menjadi sulit untuk memenuhi konsep dan persyaratan baru dari generasi chip deteksi inframerah berikutnya di masa depan, seperti konsumsi daya rendah, ukuran kecil, biaya rendah, dan kinerja tinggi.

Baru-baru ini, tim peneliti dari Tiongkok dan Swedia telah mengusulkan chip deteksi fotolistrik inframerah gelombang pendek (SWIR) penggerak sendiri heterojunction pin baru berdasarkan film pita nano graphene (GNR)/alumina/silikon kristal tunggal. Di bawah efek gabungan dari efek gerbang optik yang dipicu oleh antarmuka heterogen dan medan listrik internal, chip tersebut menunjukkan kinerja respons dan deteksi ultra-tinggi pada tegangan bias nol. Chip deteksi fotolistrik ini memiliki laju respons setinggi 75,3 A/W dalam mode penggerak sendiri, laju deteksi 7,5 × 10¹⁴ Jones, dan efisiensi kuantum eksternal mendekati 104%, meningkatkan kinerja deteksi chip berbasis silikon sejenis hingga rekor 7 orde besaran. Selain itu, dalam mode penggerak konvensional, laju respons, laju deteksi, dan efisiensi kuantum eksternal chip semuanya setinggi 843 A/W, 10¹⁵ Jones, dan 105%, yang semuanya merupakan nilai tertinggi yang dilaporkan dalam penelitian saat ini. Sementara itu, penelitian ini juga mendemonstrasikan aplikasi dunia nyata dari chip deteksi fotolistrik di bidang komunikasi optik dan pencitraan inframerah, menyoroti potensi aplikasinya yang sangat besar.

Untuk mempelajari secara sistematis kinerja fotolistrik detektor foto berbasis pita nano grafena/Al₂O₃/silikon kristal tunggal, para peneliti menguji respons karakteristik statis (kurva arus-tegangan) dan dinamisnya (kurva arus-waktu). Untuk mengevaluasi secara sistematis karakteristik respons optik detektor foto heterostruktur pita nano grafena/Al₂O₃/silikon monokristalin di bawah tegangan bias yang berbeda, para peneliti mengukur respons arus dinamis perangkat pada bias 0 V, -1 V, -3 V, dan -5 V, dengan kerapatan daya optik 8,15 μW/cm². Arus fotolistrik meningkat dengan bias balik dan menunjukkan kecepatan respons yang cepat pada semua tegangan bias.

Akhirnya, para peneliti membuat sistem pencitraan dan berhasil mencapai pencitraan inframerah gelombang pendek yang mandiri. Sistem ini beroperasi tanpa bias dan tidak mengkonsumsi energi sama sekali. Kemampuan pencitraan fotodetektor dievaluasi menggunakan masker hitam dengan pola huruf "T" (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1).

Kesimpulannya, penelitian ini berhasil membuat fotodetektor mandiri berbasis pita nano grafena dan mencapai tingkat respons tinggi yang memecahkan rekor. Sementara itu, para peneliti berhasil mendemonstrasikan kemampuan komunikasi optik dan pencitraan dari perangkat ini.fotodetektor yang sangat responsifPrestasi penelitian ini tidak hanya memberikan pendekatan praktis untuk pengembangan pita nano grafena dan perangkat optoelektronik berbasis silikon, tetapi juga menunjukkan kinerja unggulnya sebagai fotodetektor inframerah gelombang pendek yang mandiri.