Fotodetektor sensitivitas tinggi baru

Fotodetektor sensitivitas tinggi baru

Baru-baru ini, tim peneliti di Chinese Academy of Sciences (CAS) berdasarkan Bahan Gallium oksida yang kaya akan polikristalin galium (PGR-GaOX) mengusulkan untuk pertama kalinya strategi desain baru untuk sensitivitas tinggi dan kecepatan respons tinggi fotodetektor tinggi melalui piroelektrik antarmuka berpasangan dan efek fotokonduktivitas, dan penelitian yang relevan dipublikasikan di Advanced Materials. Detektor fotolistrik berenergi tinggi (untuk pita ultraviolet dalam (DUV) hingga sinar-X) sangat penting dalam berbagai bidang, termasuk keamanan nasional, kedokteran, dan ilmu industri.

Namun, bahan semikonduktor saat ini seperti Si dan α-Se memiliki permasalahan arus bocor yang besar dan koefisien serapan sinar-X yang rendah, sehingga sulit untuk memenuhi kebutuhan deteksi kinerja tinggi. Sebaliknya, bahan semikonduktor galium oksida wide-band gap (WBG) menunjukkan potensi besar untuk deteksi fotolistrik energi tinggi. Namun, karena jebakan tingkat dalam yang tak terhindarkan di 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, 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 meningkat secara signifikan. PPD menunjukkan sensitivitas tinggi terhadap DUV dan sinar-X, dengan tingkat respons masing-masing hingga 104A/W dan 105μC×Gyair-1/cm2, 100 kali lebih tinggi dibandingkan detektor sebelumnya yang terbuat dari bahan serupa. Selain itu, efek piroelektrik antarmuka yang disebabkan oleh simetri polar daerah penipisan PGR-GaOX dapat meningkatkan kecepatan respons detektor sebesar 105 kali lipat menjadi 0,1 ms. Dibandingkan dengan fotodioda konvensional, PPDS mode berdaya 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 penerapan yang besar dalam sistem peningkatan pencitraan dengan konsumsi energi rendah dan sensitivitas tinggi. Pekerjaan ini tidak hanya membuktikan bahwa GaOX adalah bahan fotodetektor energi tinggi yang menjanjikan, namun juga memberikan strategi baru untuk mewujudkan fotodetektor energi tinggi berkinerja tinggi.