द्विध्रुवीय दुई-आयामीहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर
द्विध्रुवी दुई-आयामी हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (APD फोटोडिटेक्टर) अति कम आवाज र उच्च संवेदनशीलता पत्ता लगाउने क्षमता प्राप्त गर्दछ
केही फोटोनहरू वा एकल फोटोनको उच्च-संवेदनशीलता पत्ता लगाउनाले कमजोर प्रकाश इमेजिङ, रिमोट सेन्सिङ र टेलिमेट्री, र क्वान्टम कम्युनिकेसन जस्ता क्षेत्रहरूमा महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग सम्भावनाहरू छन्। ती मध्ये, हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (APD) सानो आकार, उच्च दक्षता र सजिलो एकीकरणको विशेषताहरूको कारणले अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरण अनुसन्धानको क्षेत्रमा एक महत्त्वपूर्ण दिशा बनेको छ। सिग्नल-टु-नाइज अनुपात (SNR) APD फोटोडिटेक्टरको एक महत्त्वपूर्ण सूचक हो, जसलाई उच्च लाभ र कम गाढा प्रवाह चाहिन्छ। दुई-आयामी (2D) सामग्रीहरूको भ्यान डेर वाल्स हेटेरोजंक्शनहरूमा गरिएको अनुसन्धानले उच्च-प्रदर्शन APDs को विकासमा व्यापक सम्भावनाहरू देखाउँछ। चीनका अनुसन्धानकर्ताहरूले परम्परागत APD फोटोडिटेक्टरको अन्तर्निहित लाभ आवाज समस्या समाधान गर्न द्विध्रुवी दुई-आयामी अर्धचालक सामग्री WSe₂ लाई फोटोसेन्सिटिभ सामग्रीको रूपमा चयन गरे र परम्परागत APD फोटोडिटेक्टरको अन्तर्निहित लाभ आवाज समस्या समाधान गर्नको लागि उत्तम मिल्दो कार्य प्रकार्य भएको Pt/WSe₂/Ni संरचनाको साथ सावधानीपूर्वक तयार पारिएको APD फोटोडिटेक्टर चयन गरे।
अनुसन्धान टोलीले Pt/WSe₂/Ni संरचनामा आधारित हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर प्रस्ताव गर्यो, जसले कोठाको तापक्रममा fW स्तरमा अत्यन्तै कमजोर प्रकाश संकेतहरूको अत्यधिक संवेदनशील पहिचान हासिल गर्यो। तिनीहरूले उत्कृष्ट विद्युतीय गुणहरू भएको द्वि-आयामी अर्धचालक सामग्री WSe₂ चयन गरे, र Pt र Ni इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूलाई संयोजन गरेर नयाँ प्रकारको हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर सफलतापूर्वक विकास गरे। Pt, WSe₂ र Ni बीचको कार्य प्रकार्य मिल्दोजुल्दोलाई सटीक रूपमा अनुकूलन गरेर, एउटा यातायात संयन्त्र डिजाइन गरिएको थियो जसले प्रभावकारी रूपमा अँध्यारो वाहकहरूलाई रोक्न सक्छ र छनोट रूपमा फोटोजेनेरेटेड वाहकहरूलाई पार गर्न अनुमति दिन्छ। यो संयन्त्रले वाहक प्रभाव आयनीकरणको कारणले हुने अत्यधिक आवाजलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्छ, जसले फोटोडिटेक्टरलाई अत्यन्तै कम आवाज स्तरमा अत्यधिक संवेदनशील अप्टिकल सिग्नल पत्ता लगाउन सक्षम बनाउँछ।
त्यसपछि, कमजोर विद्युत क्षेत्रबाट उत्पन्न हिमस्खलन प्रभाव पछाडिको संयन्त्र स्पष्ट पार्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले सुरुमा WSe₂ सँग विभिन्न धातुहरूको अन्तर्निहित कार्य प्रकार्यहरूको अनुकूलताको मूल्याङ्कन गरे। विभिन्न धातु इलेक्ट्रोडहरू भएका धातु-अर्धचालक-धातु (MSM) उपकरणहरूको श्रृंखला बनाइयो र तिनीहरूमा सान्दर्भिक परीक्षणहरू गरियो। थप रूपमा, हिमस्खलन सुरु हुनुभन्दा पहिले वाहक स्क्याटरिङ घटाएर, प्रभाव आयनीकरणको अनियमिततालाई कम गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा आवाज कम हुन्छ। त्यसकारण, सान्दर्भिक परीक्षणहरू सञ्चालन गरियो। समय प्रतिक्रिया विशेषताहरूको सन्दर्भमा Pt/WSe₂/Ni APD को श्रेष्ठतालाई थप प्रदर्शन गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले विभिन्न फोटोइलेक्ट्रिक लाभ मानहरू अन्तर्गत उपकरणको -3 dB ब्यान्डविथको थप मूल्याङ्कन गरे।
प्रयोगात्मक नतिजाहरूले देखाउँछन् कि Pt/WSe₂/Ni डिटेक्टरले कोठाको तापक्रममा अत्यन्तै कम आवाज समतुल्य शक्ति (NEP) प्रदर्शन गर्दछ, जुन केवल 8.07 fW/√Hz हो। यसको मतलब डिटेक्टरले अत्यन्तै कमजोर अप्टिकल संकेतहरू पहिचान गर्न सक्छ। थप रूपमा, यो उपकरणले 5×10⁵ को उच्च लाभको साथ 20 kHz को मोड्युलेसन फ्रिक्वेन्सीमा स्थिर रूपमा सञ्चालन गर्न सक्छ, जसले उच्च लाभ र ब्यान्डविथ सन्तुलन गर्न गाह्रो हुने परम्परागत फोटोभोल्टिक डिटेक्टरहरूको प्राविधिक अवरोधलाई सफलतापूर्वक समाधान गर्दछ। यो सुविधाले उच्च लाभ र कम आवाज चाहिने अनुप्रयोगहरूमा महत्त्वपूर्ण फाइदाहरू प्रदान गर्ने अपेक्षा गरिएको छ।
यस अनुसन्धानले कार्यसम्पादन बढाउन सामग्री इन्जिनियरिङ र इन्टरफेस अप्टिमाइजेसनको महत्त्वपूर्ण भूमिका प्रदर्शन गर्दछफोटो डिटेक्टरहरूइलेक्ट्रोड र दुई-आयामी सामग्रीहरूको सरल डिजाइन मार्फत, अँध्यारो वाहकहरूको एक संरक्षण प्रभाव प्राप्त गरिएको छ, जसले आवाज हस्तक्षेपलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्दछ र पत्ता लगाउने दक्षतामा थप सुधार गर्दछ।
यस डिटेक्टरको कार्यसम्पादन फोटोइलेक्ट्रिक विशेषताहरूमा मात्र प्रतिबिम्बित हुँदैन, तर यसको व्यापक प्रयोग सम्भावनाहरू पनि छन्। कोठाको तापक्रममा अँध्यारो प्रवाहलाई प्रभावकारी रूपमा रोक्ने र फोटोजेनेरेटेड वाहकहरूको कुशल अवशोषणको साथ, यो डिटेक्टर वातावरणीय अनुगमन, खगोलीय अवलोकन, र अप्टिकल सञ्चार जस्ता क्षेत्रहरूमा कमजोर प्रकाश संकेतहरू पत्ता लगाउनको लागि विशेष गरी उपयुक्त छ। यो अनुसन्धान उपलब्धिले कम-आयामी सामग्री फोटोडेटेक्टरहरूको विकासको लागि नयाँ विचारहरू मात्र प्रदान गर्दैन, तर उच्च-प्रदर्शन र कम-शक्ति अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको भविष्यको अनुसन्धान र विकासको लागि नयाँ सन्दर्भहरू पनि प्रदान गर्दछ।
पोस्ट समय: जुन-१८-२०२५