Novi fotodetektor visoke osjetljivosti

Novi fotodetektor visoke osjetljivosti

Nedavno je istraživački tim Kineske akademije nauka (CAS) baziran na polikristalnim galijum-oksidnim materijalima (PGR-GaOX) po prvi put predložio novu strategiju dizajna za fotodetektor visoke osjetljivosti i velike brzine odziva kroz spojeni piroelektrični interfejs. i efekte fotoprovodljivosti, a relevantno istraživanje je objavljeno u Advanced Materials. Visokoenergetski fotoelektrični detektori (za duboke ultraljubičaste (DUV) do X-zrake opsege) su kritični u raznim oblastima, uključujući nacionalnu sigurnost, medicinu i industrijsku nauku.

Međutim, trenutni poluvodički materijali kao što su Si i α-Se imaju probleme velike struje curenja i niskog koeficijenta apsorpcije rendgenskih zraka, što je teško zadovoljiti potrebe detekcije visokih performansi. Nasuprot tome, širokopojasni (WBG) poluvodički materijali od galij oksida pokazuju veliki potencijal za visokoenergetsku fotoelektričnu detekciju. Međutim, zbog neizbježne zamke dubokog nivoa na materijalnoj strani i nedostatka efikasnog dizajna na strukturi uređaja, izazovno je ostvariti visoku osjetljivost i veliku brzinu odziva visokoenergetskih fotonskih detektora zasnovanih na širokopojasnim poluvodičima. Kako bi riješio ove izazove, istraživački tim u Kini je po prvi put dizajnirao piroelektričnu fotokonduktivnu diodu (PPD) baziranu na PGR-GaOX. Spajanjem piroelektričnog efekta interfejsa sa efektom fotoprovodljivosti, performanse detekcije su značajno poboljšane. PPD je pokazao visoku osjetljivost i na DUV i na X-zrake, sa stopama odgovora do 104A/W i 105μC×Gyair-1/cm2, respektivno, što je više od 100 puta veće od prethodnih detektora napravljenih od sličnih materijala. Pored toga, piroelektrični efekat interfejsa uzrokovan polarnom simetrijom oblasti iscrpljivanja PGR-GaOX može povećati brzinu odziva detektora za 105 puta na 0,1 ms. U poređenju sa konvencionalnim fotodiodama, PPDS sa sopstvenim napajanjem proizvodi veće dobitke zbog piroelektričnih polja tokom prebacivanja svetla.

Osim toga, PPD može raditi u bias modu, gdje je pojačanje u velikoj mjeri ovisno o prednaponu, a ultra-visoko pojačanje se može postići povećanjem prednapona. PPD ima veliki potencijal primjene u niskoj potrošnji energije i sistemima za poboljšanje slike visoke osjetljivosti. Ovaj rad ne samo da dokazuje da je GaOX obećavajući visokoenergetski fotodetektorski materijal, već pruža i novu strategiju za realizaciju visokoenergetskih fotodetektora visokih performansi.