उच्च-प्रदर्शन स्व-संचालितइन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टर
इन्फ्रारेडफोटोडिटेक्टरयसमा बलियो एन्टी-हस्तक्षेप क्षमता, बलियो लक्ष्य पहिचान क्षमता, सबै मौसममा सञ्चालन र राम्रो लुकाउने विशेषताहरू छन्। यसले चिकित्सा, सैन्य, अन्तरिक्ष प्रविधि र वातावरणीय इन्जिनियरिङ जस्ता क्षेत्रहरूमा बढ्दो रूपमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्दैछ। ती मध्ये, स्व-संचालितफोटोइलेक्ट्रिक पत्ता लगाउनेबाह्य अतिरिक्त बिजुली आपूर्ति बिना स्वतन्त्र रूपमा सञ्चालन गर्न सक्ने चिपले यसको अद्वितीय प्रदर्शन (जस्तै ऊर्जा स्वतन्त्रता, उच्च संवेदनशीलता र स्थिरता, आदि) को कारणले इन्फ्रारेड पत्ता लगाउने क्षेत्रमा व्यापक ध्यान आकर्षित गरेको छ। यसको विपरित, सिलिकन-आधारित वा न्यारोब्यान्डग्याप अर्धचालक-आधारित इन्फ्रारेड चिपहरू जस्ता परम्परागत फोटोइलेक्ट्रिक पत्ता लगाउने चिपहरूलाई फोटोकरेन्टहरू उत्पादन गर्न फोटोजेनेरेटेड क्यारियरहरूको पृथकीकरण चलाउन अतिरिक्त बायस भोल्टेजहरू मात्र आवश्यक पर्दैन, तर थर्मल आवाज कम गर्न र प्रतिक्रियाशीलता सुधार गर्न थप शीतलन प्रणालीहरू पनि आवश्यक पर्दछ। त्यसकारण, भविष्यमा कम बिजुली खपत, सानो आकार, कम लागत र उच्च प्रदर्शन जस्ता इन्फ्रारेड पत्ता लगाउने चिपहरूको अर्को पुस्ताको नयाँ अवधारणा र आवश्यकताहरू पूरा गर्न गाह्रो भएको छ।
हालै, चीन र स्वीडेनका अनुसन्धान टोलीहरूले ग्राफिन न्यानोरिबन (GNR) फिल्महरू/एल्युमिना/एकल क्रिस्टल सिलिकनमा आधारित एक नयाँ पिन हेटेरोजंक्शन स्व-संचालित छोटो-तरंग इन्फ्रारेड (SWIR) फोटोइलेक्ट्रिक पत्ता लगाउने चिप प्रस्ताव गरेका छन्। विषम इन्टरफेस र निर्मित विद्युतीय क्षेत्रद्वारा ट्रिगर गरिएको अप्टिकल गेटिङ प्रभावको संयुक्त प्रभाव अन्तर्गत, चिपले शून्य पूर्वाग्रह भोल्टेजमा अल्ट्रा-उच्च प्रतिक्रिया र पत्ता लगाउने प्रदर्शन प्रदर्शन गर्यो। फोटोइलेक्ट्रिक पत्ता लगाउने चिपमा स्व-संचालित मोडमा ७५.३ A/W जति उच्च प्रतिक्रिया दर, ७.५ × १०¹⁴ जोन्सको पत्ता लगाउने दर, र १०४% नजिकको बाह्य क्वान्टम दक्षता छ, जसले समान प्रकारको सिलिकन-आधारित चिपहरूको पत्ता लगाउने कार्यसम्पादनलाई रेकर्ड ७ अर्डर परिमाणले सुधार गर्दछ। थप रूपमा, परम्परागत ड्राइभ मोड अन्तर्गत, चिपको प्रतिक्रिया दर, पत्ता लगाउने दर, र बाह्य क्वान्टम दक्षता सबै क्रमशः ८४३ A/W, १०¹⁵ जोन्स, र १०५% जति उच्च छन्, जुन सबै हालको अनुसन्धानमा रिपोर्ट गरिएका उच्चतम मानहरू हुन्। यसैबीच, यस अनुसन्धानले अप्टिकल कम्युनिकेसन र इन्फ्रारेड इमेजिङको क्षेत्रमा फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिपको वास्तविक-विश्व प्रयोग पनि प्रदर्शन गर्यो, जसले यसको विशाल अनुप्रयोग क्षमतालाई प्रकाश पार्यो।
ग्राफिन न्यानोरिबन /Al₂O₃/ एकल क्रिस्टल सिलिकनमा आधारित फोटोडिटेक्टरको फोटोइलेक्ट्रिक कार्यसम्पादन व्यवस्थित रूपमा अध्ययन गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले यसको स्थिर (वर्तमान-भोल्टेज वक्र) र गतिशील विशेषता प्रतिक्रियाहरू (वर्तमान-समय वक्र) परीक्षण गरे। विभिन्न बायस भोल्टेजहरू अन्तर्गत ग्राफिन न्यानोरिबन /Al₂O₃/ मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन हेटेरोस्ट्रक्चर फोटोडिटेक्टरको अप्टिकल प्रतिक्रिया विशेषताहरू व्यवस्थित रूपमा मूल्याङ्कन गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले ० V, -१ V, -३ V र -५ V बायसहरूमा उपकरणको गतिशील वर्तमान प्रतिक्रिया मापन गरे, जसको अप्टिकल पावर घनत्व ८.१५ μW/cm² थियो। फोटोकरेन्ट रिभर्स बायससँग बढ्छ र सबै बायस भोल्टेजहरूमा द्रुत प्रतिक्रिया गति देखाउँछ।
अन्ततः, अनुसन्धानकर्ताहरूले एउटा इमेजिङ प्रणाली बनाए र छोटो-तरंग इन्फ्रारेडको स्व-संचालित इमेजिङ सफलतापूर्वक प्राप्त गरे। प्रणाली शून्य पूर्वाग्रह अन्तर्गत सञ्चालन हुन्छ र यसमा कुनै पनि ऊर्जा खपत हुँदैन। फोटोडिटेक्टरको इमेजिङ क्षमता "T" ढाँचा भएको कालो मास्क प्रयोग गरेर मूल्याङ्कन गरिएको थियो (चित्र १ मा देखाइए अनुसार)।
निष्कर्षमा, यस अनुसन्धानले ग्राफिन न्यानोरिबनमा आधारित स्व-संचालित फोटोडिटेक्टरहरू सफलतापूर्वक निर्माण गर्यो र रेकर्ड-ब्रेक उच्च प्रतिक्रिया दर हासिल गर्यो। यसैबीच, अनुसन्धानकर्ताहरूले यसको अप्टिकल सञ्चार र इमेजिङ क्षमताहरू सफलतापूर्वक प्रदर्शन गरे।अत्यधिक उत्तरदायी फोटोडिटेक्टरयो अनुसन्धान उपलब्धिले ग्राफिन न्यानोरिबन र सिलिकन-आधारित अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको विकासको लागि व्यावहारिक दृष्टिकोण मात्र प्रदान गर्दैन, तर स्व-संचालित छोटो-तरंग इन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टरहरूको रूपमा तिनीहरूको उत्कृष्ट प्रदर्शन पनि प्रदर्शन गर्दछ।
पोस्ट समय: अप्रिल-२८-२०२५