उच्च-कार्यक्षमता असलेले स्व-चालितइन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टर
इन्फ्रारेडफोटोडिटेक्टरत्यात मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता, मजबूत लक्ष्य ओळखण्याची क्षमता, सर्व हवामानात ऑपरेशन आणि चांगले लपवण्याची वैशिष्ट्ये आहेत. ते औषध, लष्करी, अंतराळ तंत्रज्ञान आणि पर्यावरण अभियांत्रिकी यासारख्या क्षेत्रात वाढत्या प्रमाणात महत्त्वाची भूमिका बजावत आहे. त्यापैकी, स्वयं-चालितप्रकाशविद्युत शोधबाह्य अतिरिक्त वीज पुरवठ्याशिवाय स्वतंत्रपणे काम करू शकणार्‍या चिपने त्याच्या अद्वितीय कामगिरीमुळे (जसे की ऊर्जा स्वातंत्र्य, उच्च संवेदनशीलता आणि स्थिरता इ.) इन्फ्रारेड डिटेक्शनच्या क्षेत्रात व्यापक लक्ष वेधले आहे. याउलट, सिलिकॉन-आधारित किंवा नॅरोबँडगॅप सेमीकंडक्टर-आधारित इन्फ्रारेड चिप्ससारख्या पारंपारिक फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप्सना फोटोकरंट्स तयार करण्यासाठी फोटोजनरेटेड कॅरियर्सचे पृथक्करण चालविण्यासाठी अतिरिक्त बायस व्होल्टेजची आवश्यकता नसते, तर थर्मल नॉइज कमी करण्यासाठी आणि प्रतिसाद सुधारण्यासाठी अतिरिक्त कूलिंग सिस्टमची देखील आवश्यकता असते. म्हणूनच, भविष्यात इन्फ्रारेड डिटेक्शन चिप्सच्या पुढील पिढीच्या नवीन संकल्पना आणि आवश्यकता पूर्ण करणे कठीण झाले आहे, जसे की कमी वीज वापर, लहान आकार, कमी खर्च आणि उच्च कार्यक्षमता.
अलिकडेच, चीन आणि स्वीडनमधील संशोधन पथकांनी ग्राफीन नॅनोरिबन (GNR) फिल्म्स/अ‍ॅल्युमिना/सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनवर आधारित एक नवीन पिन हेटरोजंक्शन सेल्फ-ड्रिव्हन शॉर्ट-वेव्ह इन्फ्रारेड (SWIR) फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप प्रस्तावित केली आहे. विषम इंटरफेस आणि बिल्ट-इन इलेक्ट्रिक फील्डद्वारे ट्रिगर केलेल्या ऑप्टिकल गेटिंग इफेक्टच्या एकत्रित प्रभावाखाली, चिपने शून्य बायस व्होल्टेजवर अल्ट्रा-हाय रिस्पॉन्स आणि डिटेक्शन परफॉर्मन्स दाखवला. फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिपमध्ये सेल्फ-ड्रिव्हन मोडमध्ये 75.3 A/W इतका उच्च प्रतिसाद दर, 7.5 × 10¹⁴ जोन्सचा शोध दर आणि 104% च्या जवळ बाह्य क्वांटम कार्यक्षमता आहे, ज्यामुळे त्याच प्रकारच्या सिलिकॉन-आधारित चिप्सच्या डिटेक्शन परफॉर्मन्समध्ये रेकॉर्ड 7 ऑर्डरच्या परिमाणाने सुधारणा होते. याव्यतिरिक्त, पारंपारिक ड्राइव्ह मोड अंतर्गत, चिपचा रिस्पॉन्स रेट, डिटेक्शन रेट आणि बाह्य क्वांटम कार्यक्षमता अनुक्रमे 843 A/W, 10¹⁵ जोन्स आणि 105% इतकी उच्च आहे, जी सर्व सध्याच्या संशोधनात नोंदवलेली सर्वोच्च मूल्ये आहेत. दरम्यान, या संशोधनाने ऑप्टिकल कम्युनिकेशन आणि इन्फ्रारेड इमेजिंगच्या क्षेत्रात फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिपचा वास्तविक वापर कसा होतो हे देखील दाखवून दिले, ज्यामुळे त्याच्या प्रचंड अनुप्रयोग क्षमतेवर प्रकाश पडला.
ग्राफीन नॅनोरिबन्स /Al₂O₃/ सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनवर आधारित फोटोडिटेक्टरच्या फोटोइलेक्ट्रिक कामगिरीचा पद्धतशीर अभ्यास करण्यासाठी, संशोधकांनी त्याचे स्थिर (करंट-व्होल्टेज वक्र) आणि गतिमान वैशिष्ट्यपूर्ण प्रतिसाद (वर्तमान-वेळ वक्र) तपासले. वेगवेगळ्या बायस व्होल्टेज अंतर्गत ग्राफीन नॅनोरिबन्स /Al₂O₃/ मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन हेटेरोस्ट्रक्चर फोटोडिटेक्टरच्या ऑप्टिकल प्रतिसाद वैशिष्ट्यांचे पद्धतशीर मूल्यांकन करण्यासाठी, संशोधकांनी 0 V, -1 V, -3 V आणि -5 V बायसेसवर डिव्हाइसचा डायनॅमिक करंट प्रतिसाद मोजला, ज्याची ऑप्टिकल पॉवर घनता 8.15 μW/cm² आहे. रिव्हर्स बायससह फोटोकरंट वाढतो आणि सर्व बायस व्होल्टेजवर जलद प्रतिसाद गती दर्शवितो.
शेवटी, संशोधकांनी एक इमेजिंग सिस्टम तयार केली आणि शॉर्ट-वेव्ह इन्फ्रारेडचे स्वयं-चालित इमेजिंग यशस्वीरित्या साध्य केले. ही सिस्टम शून्य पूर्वाग्रहाखाली कार्य करते आणि त्यात अजिबात ऊर्जा वापर नाही. फोटोडिटेक्टरची इमेजिंग क्षमता "T" अक्षराच्या पॅटर्नसह काळ्या मास्कचा वापर करून मूल्यांकन करण्यात आली (आकृती 1 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे).
शेवटी, या संशोधनाने ग्राफीन नॅनोरिबनवर आधारित स्वयं-चालित फोटोडिटेक्टर यशस्वीरित्या तयार केले आणि विक्रमी उच्च प्रतिसाद दर प्राप्त केला. दरम्यान, संशोधकांनी याच्या ऑप्टिकल कम्युनिकेशन आणि इमेजिंग क्षमता यशस्वीरित्या प्रदर्शित केल्या.अत्यंत प्रतिसाद देणारा फोटोडिटेक्टर. हे संशोधन यश केवळ ग्राफीन नॅनोरिबन्स आणि सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या विकासासाठी एक व्यावहारिक दृष्टिकोन प्रदान करत नाही तर स्वयं-शक्तीने चालणारे शॉर्ट-वेव्ह इन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टर म्हणून त्यांची उत्कृष्ट कामगिरी देखील प्रदर्शित करते.
पोस्ट वेळ: एप्रिल-२८-२०२५