Ffotosynhwyrydd eirlithriadau deubegwn dau ddimensiwn

Deubegwn dau ddimensiwnffotosynhwyrydd eirlithriadau

Y ffotosynhwyrydd eirlithriadau deubegwn dau ddimensiwn (Ffotosynhwyrydd APD) yn cyflawni sŵn isel iawn a chanfod sensitifrwydd uchel

Mae canfod sensitifrwydd uchel o ychydig o ffotonau neu hyd yn oed ffotonau sengl yn cynnig rhagolygon cymhwysiad pwysig mewn meysydd fel delweddu golau gwan, synhwyro o bell a thelemetreg, a chyfathrebu cwantwm. Yn eu plith, mae'r ffotosynhwyrydd eirlithriad (APD) wedi dod yn gyfeiriad pwysig ym maes ymchwil dyfeisiau optoelectronig oherwydd ei nodweddion maint bach, effeithlonrwydd uchel ac integreiddio hawdd. Mae'r gymhareb signal-i-sŵn (SNR) yn ddangosydd pwysig o ffotosynhwyrydd APD, sydd angen enillion uchel a cherrynt tywyll isel. Mae'r ymchwil ar hetero-gyffordd van der Waals o ddeunyddiau dau ddimensiwn (2D) yn dangos rhagolygon eang wrth ddatblygu APDs perfformiad uchel. Dewisodd ymchwilwyr o Tsieina ddeunydd lled-ddargludyddion dau ddimensiwn deubegwn WSe₂ fel y deunydd ffotosensitif a ffotosynhwyrydd APD wedi'i baratoi'n fanwl gyda strwythur Pt/WSe₂/Ni sydd â'r swyddogaeth waith gyfatebol orau, er mwyn datrys problem sŵn enillion cynhenid ​​​​ffotosynhwyrydd APD traddodiadol.

Cynigiodd y tîm ymchwil synhwyrydd ffoto-esgidiau yn seiliedig ar y strwythur Pt/WSe₂/Ni, a gyflawnodd ganfod signalau golau gwan iawn yn sensitif iawn ar lefel fW ar dymheredd ystafell. Dewisasant y deunydd lled-ddargludyddion dau ddimensiwn WSe₂, sydd â phriodweddau trydanol rhagorol, a chyfunasant ddeunyddiau electrod Pt a Ni i ddatblygu math newydd o synhwyrydd ffoto-esgidiau yn llwyddiannus. Trwy optimeiddio'r paru swyddogaeth waith rhwng Pt, WSe₂ a Ni yn fanwl gywir, dyluniwyd mecanwaith cludo a all rwystro cludwyr tywyll yn effeithiol wrth ganiatáu i gludwyr a gynhyrchwyd gan ffotogen i basio drwodd yn ddetholus. Mae'r mecanwaith hwn yn lleihau'r sŵn gormodol a achosir gan ïoneiddio effaith cludwyr yn sylweddol, gan alluogi'r synhwyrydd ffoto i gyflawni canfod signal optegol sensitif iawn ar lefel sŵn isel iawn.

Yna, er mwyn egluro'r mecanwaith y tu ôl i effaith yr eirlithriad a achosir gan y maes trydan gwan, gwerthusodd yr ymchwilwyr gydnawsedd swyddogaethau gwaith cynhenid ​​​​amrywiol fetelau â WSe₂ i ddechrau. Cynhyrchwyd cyfres o ddyfeisiau metel-lled-ddargludyddion-metel (MSM) gyda gwahanol electrodau metel a chynhaliwyd profion perthnasol arnynt. Yn ogystal, trwy leihau gwasgariad cludwyr cyn i'r eirlithriad ddechrau, gellir lliniaru hap-natur ïoneiddio effaith, a thrwy hynny leihau sŵn. Felly, cynhaliwyd profion perthnasol. I ddangos ymhellach ragoriaeth APD Pt/WSe₂/Ni o ran nodweddion ymateb amser, gwerthusodd ymchwilwyr ymhellach led band -3 dB y ddyfais o dan wahanol werthoedd ennill ffotodrydanol.

Mae'r canlyniadau arbrofol yn dangos bod y synhwyrydd Pt/WSe₂/Ni yn arddangos pŵer cywerth sŵn (NEP) hynod o isel ar dymheredd ystafell, sef dim ond 8.07 fW/√Hz. Mae hyn yn golygu y gall y synhwyrydd adnabod signalau optegol hynod o wan. Yn ogystal, gall y ddyfais hon weithredu'n sefydlog ar amledd modiwleiddio o 20 kHz gydag enillion uchel o 5 × 10⁵, gan ddatrys yn llwyddiannus y tagfa dechnegol mewn synwyryddion ffotofoltäig traddodiadol sy'n anodd cydbwyso enillion uchel a lled band. Disgwylir i'r nodwedd hon roi manteision sylweddol iddo mewn cymwysiadau sydd angen enillion uchel a sŵn isel.

Mae'r ymchwil hon yn dangos rôl hanfodol peirianneg deunyddiau ac optimeiddio rhyngwynebau wrth wella perfformiadffotosynwyryddionDrwy ddylunio electrodau a deunyddiau dau ddimensiwn yn ddyfeisgar, mae effaith cysgodi cludwyr tywyll wedi'i chyflawni, gan leihau ymyrraeth sŵn yn sylweddol a gwella effeithlonrwydd canfod ymhellach.

Nid yn unig y mae perfformiad y synhwyrydd hwn yn cael ei adlewyrchu yn y nodweddion ffotodrydanol, ond mae ganddo hefyd ragolygon cymhwysiad eang. Gyda'i rwystro effeithiol o gerrynt tywyll ar dymheredd ystafell ac amsugno cludwyr a gynhyrchir gan ffotogennyrch yn effeithlon, mae'r synhwyrydd hwn yn arbennig o addas ar gyfer canfod signalau golau gwan mewn meysydd fel monitro amgylcheddol, arsylwi seryddol, a chyfathrebu optegol. Mae'r cyflawniad ymchwil hwn nid yn unig yn darparu syniadau newydd ar gyfer datblygu ffotosynhwyryddion deunydd dimensiwn isel, ond mae hefyd yn cynnig cyfeiriadau newydd ar gyfer ymchwil a datblygu dyfeisiau optoelectronig perfformiad uchel a phŵer isel yn y dyfodol.