द्विध्रुवीय द्विमितीय हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

द्विध्रुवीय द्विमितीयहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

द्विध्रुवीय द्विमितीय हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (एपीडी फोटोडिटेक्टर) अल्ट्रा-लो आवाज आणि उच्च संवेदनशीलता शोधणे साध्य करते

कमकुवत प्रकाश इमेजिंग, रिमोट सेन्सिंग आणि टेलिमेट्री आणि क्वांटम कम्युनिकेशन यासारख्या क्षेत्रात काही फोटॉन किंवा अगदी एकल फोटॉनच्या उच्च-संवेदनशीलता शोधण्याच्या महत्त्वाच्या शक्यता आहेत. त्यापैकी, लहान आकार, उच्च कार्यक्षमता आणि सोपे एकत्रीकरण या वैशिष्ट्यांमुळे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण संशोधनाच्या क्षेत्रात हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (APD) एक महत्त्वाची दिशा बनली आहे. सिग्नल-टू-नॉइज रेशो (SNR) हा APD फोटोडिटेक्टरचा एक महत्त्वाचा सूचक आहे, ज्याला उच्च लाभ आणि कमी गडद प्रवाह आवश्यक आहे. द्विमितीय (2D) सामग्रीच्या व्हॅन डेर वाल्स हेटेरोजंक्शनवरील संशोधन उच्च-कार्यक्षमता APD च्या विकासात व्यापक शक्यता दर्शविते. चीनमधील संशोधकांनी पारंपारिक APD फोटोडिटेक्टरच्या अंतर्निहित लाभ आवाज समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, प्रकाशसंवेदनशील सामग्री म्हणून द्विध्रुवीय द्विमितीय अर्धसंवाहक सामग्री WSe₂ निवडली आणि सर्वोत्तम जुळणारे कार्य कार्य असलेल्या Pt/WSe₂/Ni संरचनासह काळजीपूर्वक तयार केलेले APD फोटोडिटेक्टर निवडले.

संशोधन पथकाने Pt/WSe₂/Ni रचनेवर आधारित एक हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर प्रस्तावित केला, ज्यामुळे खोलीच्या तापमानावर fW पातळीवर अत्यंत कमकुवत प्रकाश सिग्नलचे अत्यंत संवेदनशील शोध साध्य झाले. त्यांनी उत्कृष्ट विद्युत गुणधर्म असलेले द्विमितीय अर्धवाहक पदार्थ WSe₂ निवडले आणि Pt आणि Ni इलेक्ट्रोड पदार्थ एकत्रित करून एक नवीन प्रकारचा हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर यशस्वीरित्या विकसित केला. Pt, WSe₂ आणि Ni मधील कार्य कार्य जुळवून अचूकपणे ऑप्टिमाइझ करून, एक वाहतूक यंत्रणा तयार केली गेली जी प्रभावीपणे गडद वाहकांना ब्लॉक करू शकते आणि निवडकपणे फोटोजनरेटेड वाहकांना त्यातून जाण्याची परवानगी देते. ही यंत्रणा वाहक प्रभाव आयनीकरणामुळे होणारा जास्त आवाज लक्षणीयरीत्या कमी करते, ज्यामुळे फोटोडिटेक्टर अत्यंत कमी आवाज पातळीवर अत्यंत संवेदनशील ऑप्टिकल सिग्नल शोध साध्य करू शकतो.

त्यानंतर, कमकुवत विद्युत क्षेत्रामुळे होणाऱ्या हिमस्खलनाच्या परिणामामागील यंत्रणा स्पष्ट करण्यासाठी, संशोधकांनी सुरुवातीला WSe₂ सह विविध धातूंच्या अंतर्निहित कार्य कार्यांच्या सुसंगततेचे मूल्यांकन केले. वेगवेगळ्या धातूच्या इलेक्ट्रोडसह धातू-अर्धवाहक-धातू (MSM) उपकरणांची मालिका तयार करण्यात आली आणि त्यावर संबंधित चाचण्या घेण्यात आल्या. याव्यतिरिक्त, हिमस्खलन सुरू होण्यापूर्वी वाहक विखुरणे कमी करून, प्रभाव आयनीकरणाची यादृच्छिकता कमी केली जाऊ शकते, ज्यामुळे आवाज कमी होतो. म्हणून, संबंधित चाचण्या घेण्यात आल्या. वेळेच्या प्रतिसाद वैशिष्ट्यांच्या बाबतीत Pt/WSe₂/Ni APD ची श्रेष्ठता अधिक दर्शविण्यासाठी, संशोधकांनी वेगवेगळ्या फोटोइलेक्ट्रिक गेन मूल्यांखाली उपकरणाच्या -3 dB बँडविड्थचे मूल्यांकन केले.

प्रायोगिक निकालांवरून असे दिसून आले आहे की Pt/WSe₂/Ni डिटेक्टर खोलीच्या तपमानावर अत्यंत कमी आवाज समतुल्य शक्ती (NEP) प्रदर्शित करतो, जो फक्त 8.07 fW/√Hz आहे. याचा अर्थ असा की डिटेक्टर अत्यंत कमकुवत ऑप्टिकल सिग्नल ओळखू शकतो. याव्यतिरिक्त, हे उपकरण 5×10⁵ च्या उच्च वाढीसह 20 kHz च्या मॉड्यूलेशन फ्रिक्वेन्सीवर स्थिरपणे कार्य करू शकते, ज्यामुळे उच्च लाभ आणि बँडविड्थ संतुलित करणे कठीण असलेल्या पारंपारिक फोटोव्होल्टेइक डिटेक्टरच्या तांत्रिक अडचणी यशस्वीरित्या सोडवता येतात. हे वैशिष्ट्य उच्च लाभ आणि कमी आवाज आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांमध्ये लक्षणीय फायदे प्रदान करेल अशी अपेक्षा आहे.

हे संशोधन कार्यक्षमता वाढवण्यामध्ये मटेरियल इंजिनिअरिंग आणि इंटरफेस ऑप्टिमायझेशनची महत्त्वपूर्ण भूमिका दर्शवतेफोटोडिटेक्टरइलेक्ट्रोड्स आणि द्विमितीय पदार्थांच्या कल्पक डिझाइनद्वारे, गडद वाहकांचा एक संरक्षणात्मक प्रभाव साध्य करण्यात आला आहे, ज्यामुळे ध्वनी हस्तक्षेप लक्षणीयरीत्या कमी झाला आहे आणि शोध कार्यक्षमता आणखी सुधारली आहे.

या डिटेक्टरची कार्यक्षमता केवळ फोटोइलेक्ट्रिक वैशिष्ट्यांमध्येच प्रतिबिंबित होत नाही तर त्याच्या विस्तृत अनुप्रयोगाच्या शक्यता देखील आहेत. खोलीच्या तपमानावर गडद प्रवाह प्रभावीपणे रोखणे आणि फोटोजनरेटेड वाहकांचे कार्यक्षम शोषण यामुळे, हे डिटेक्टर पर्यावरणीय देखरेख, खगोलशास्त्रीय निरीक्षण आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन यासारख्या क्षेत्रात कमकुवत प्रकाश सिग्नल शोधण्यासाठी विशेषतः योग्य आहे. हे संशोधन यश केवळ कमी-आयामी मटेरियल फोटोडिटेक्टरच्या विकासासाठी नवीन कल्पना प्रदान करत नाही तर उच्च-कार्यक्षमता आणि कमी-शक्तीच्या ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या भविष्यातील संशोधन आणि विकासासाठी नवीन संदर्भ देखील प्रदान करते.