Fotodetektor sensitivitas tinggi baru

Barufotodetektor sensitivitas tinggi

Baru-baru ini, sebuah tim peneliti di Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS) berdasarkan material oksida galium kaya galium polikristalin (PGR-GaOX) untuk pertama kalinya mengusulkan strategi desain baru untuk sensitivitas tinggi dan kecepatan respons tinggi.fotodetektormelalui efek piroelektrik dan fotokonduktivitas antarmuka yang saling terkait, dan penelitian terkait telah dipublikasikan di Advanced Materials. Energi tinggidetektor fotolistrik(untuk pita ultraviolet dalam (DUV) hingga sinar-X) sangat penting di berbagai bidang, termasuk keamanan nasional, kedokteran, dan ilmu industri.

Namun, material semikonduktor saat ini seperti Si dan α-Se memiliki masalah arus bocor yang besar dan koefisien penyerapan sinar-X yang rendah, yang sulit untuk memenuhi kebutuhan deteksi berkinerja tinggi. Sebaliknya, material semikonduktor galium oksida dengan celah pita lebar (WBG) menunjukkan potensi besar untuk deteksi fotolistrik energi tinggi. Namun, karena jebakan tingkat dalam yang tak terhindarkan pada sisi material dan kurangnya desain yang efektif pada struktur perangkat, sulit untuk mewujudkan detektor foton energi tinggi dengan sensitivitas tinggi dan kecepatan respons tinggi berdasarkan semikonduktor celah pita lebar. Untuk mengatasi tantangan ini, sebuah tim peneliti di Tiongkok telah merancang dioda fotokonduktif piroelektrik (PPD) berdasarkan PGR-GaOX untuk pertama kalinya. Dengan menggabungkan efek piroelektrik antarmuka dengan efek fotokonduktivitas, kinerja deteksi ditingkatkan secara signifikan. PPD menunjukkan sensitivitas tinggi terhadap DUV dan sinar-X, dengan laju respons hingga 104 A/W dan 105 μC × Gyair⁻¹/cm², masing-masing, lebih dari 100 kali lebih tinggi daripada detektor sebelumnya yang terbuat dari bahan serupa. Selain itu, efek piroelektrik antarmuka yang disebabkan oleh simetri polar dari daerah deplesi PGR-GaOX dapat meningkatkan kecepatan respons detektor hingga 10⁵ kali menjadi 0,1 ms. Dibandingkan dengan fotodioda konvensional, PPD mode mandiri menghasilkan penguatan yang lebih tinggi karena medan piroelektrik selama peralihan cahaya.

Selain itu, PPD dapat beroperasi dalam mode bias, di mana penguatan sangat bergantung pada tegangan bias, dan penguatan ultra-tinggi dapat dicapai dengan meningkatkan tegangan bias. PPD memiliki potensi aplikasi yang besar dalam sistem peningkatan pencitraan dengan konsumsi energi rendah dan sensitivitas tinggi. Karya ini tidak hanya membuktikan bahwa GaOX adalah material yang menjanjikan.fotodetektor energi tinggitidak hanya menyediakan material, tetapi juga memberikan strategi baru untuk mewujudkan fotodetektor energi tinggi berkinerja tinggi.