उच्च-कार्यक्षमता स्व-चालितइन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टर
इन्फ्रारेडफोटोडिटेक्टरयात मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता, मजबूत लक्ष्य ओळखण्याची क्षमता, सर्व-हवामानात कार्य करण्याची क्षमता आणि उत्तम लपण्याची क्षमता ही वैशिष्ट्ये आहेत. हे वैद्यकशास्त्र, सैन्य, अवकाश तंत्रज्ञान आणि पर्यावरण अभियांत्रिकी यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये अधिकाधिक महत्त्वाची भूमिका बजावत आहे. त्यापैकी, स्व-चालितफोटोइलेक्ट्रिक शोधनबाह्य अतिरिक्त वीज पुरवठ्याशिवाय स्वतंत्रपणे कार्य करू शकणाऱ्या चिपने तिच्या अद्वितीय कामगिरीमुळे (जसे की ऊर्जा स्वातंत्र्य, उच्च संवेदनशीलता आणि स्थिरता इत्यादी) इन्फ्रारेड डिटेक्शनच्या क्षेत्रात व्यापक लक्ष वेधले आहे. याउलट, सिलिकॉन-आधारित किंवा नॅरोबँडगॅप सेमीकंडक्टर-आधारित इन्फ्रारेड चिप्ससारख्या पारंपरिक फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप्सना, फोटोकरंट्स निर्माण करण्यासाठी फोटोजनित कॅरिअर्सच्या विलगिकरणाला चालना देण्यासाठी केवळ अतिरिक्त बायस व्होल्टेजचीच गरज नसते, तर थर्मल नॉईज कमी करण्यासाठी आणि प्रतिसादक्षमता सुधारण्यासाठी अतिरिक्त कूलिंग सिस्टीमची देखील आवश्यकता असते. त्यामुळे, भविष्यात इन्फ्रारेड डिटेक्शन चिप्सच्या पुढील पिढीच्या कमी वीज वापर, लहान आकार, कमी किंमत आणि उच्च कार्यक्षमता यांसारख्या नवीन संकल्पना आणि आवश्यकता पूर्ण करणे कठीण झाले आहे.
अलीकडेच, चीन आणि स्वीडनमधील संशोधक गटांनी ग्राफीन नॅनोरिबन (GNR) फिल्म्स/ॲल्युमिना/सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनवर आधारित एक नवीन पिन हेटरोजंक्शन सेल्फ-ड्रिव्हन शॉर्ट-वेव्ह इन्फ्रारेड (SWIR) फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप प्रस्तावित केली आहे. हेटरोजिनियस इंटरफेसमुळे निर्माण होणारा ऑप्टिकल गेटिंग इफेक्ट आणि अंगभूत इलेक्ट्रिक फील्ड यांच्या एकत्रित प्रभावामुळे, या चिपने शून्य बायस व्होल्टेजवर अत्यंत उच्च प्रतिसाद आणि डिटेक्शन कार्यक्षमता प्रदर्शित केली. या फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिपचा सेल्फ-ड्रिव्हन मोडमध्ये प्रतिसाद दर ७५.३ A/W इतका उच्च आहे, डिटेक्शन दर ७.५ × १०¹⁴ जोन्स आहे आणि बाह्य क्वांटम कार्यक्षमता जवळपास १०४% आहे, ज्यामुळे त्याच प्रकारच्या सिलिकॉन-आधारित चिप्सच्या डिटेक्शन कार्यक्षमतेत विक्रमी ७ पटींनी सुधारणा झाली आहे. याव्यतिरिक्त, पारंपरिक ड्राइव्ह मोडमध्ये, चिपचा प्रतिसाद दर, डिटेक्शन दर आणि बाह्य क्वांटम कार्यक्षमता अनुक्रमे ८४३ A/W, १०¹⁵ जोन्स आणि १०५% इतकी उच्च आहे, जी सध्याच्या संशोधनात नोंदवलेली सर्वोच्च मूल्ये आहेत. दरम्यान, या संशोधनाने ऑप्टिकल कम्युनिकेशन आणि इन्फ्रारेड इमेजिंगच्या क्षेत्रात फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिपचा प्रत्यक्ष वापर देखील दाखवून दिला, ज्यामुळे त्याच्या प्रचंड उपयोजन क्षमतेवर प्रकाश पडला.
ग्राफीन नॅनोरिबन /Al₂O₃/ सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनवर आधारित फोटोडिटेक्टरच्या फोटोइलेक्ट्रिक कार्यक्षमतेचा पद्धतशीरपणे अभ्यास करण्यासाठी, संशोधकांनी त्याचे स्थिर (करंट-व्होल्टेज वक्र) आणि गतिशील वैशिष्ट्यपूर्ण प्रतिसाद (करंट-टाइम वक्र) तपासले. वेगवेगळ्या बायस व्होल्टेज अंतर्गत ग्राफीन नॅनोरिबन /Al₂O₃/ मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन हेटेरोस्ट्रक्चर फोटोडिटेक्टरच्या ऑप्टिकल प्रतिसाद वैशिष्ट्यांचे पद्धतशीरपणे मूल्यांकन करण्यासाठी, संशोधकांनी 8.15 μW/cm² च्या ऑप्टिकल पॉवर घनतेसह, 0 V, -1 V, -3 V आणि -5 V बायसवर डिव्हाइसच्या गतिशील करंट प्रतिसादाचे मापन केले. फोटोकरंट रिव्हर्स बायससह वाढतो आणि सर्व बायस व्होल्टेजवर जलद प्रतिसाद गती दर्शवतो.
अखेरीस, संशोधकांनी एक इमेजिंग प्रणाली तयार केली आणि लघु-तरंग अवरक्त किरणांचे स्व-ऊर्जेवर चालणारे इमेजिंग यशस्वीरित्या साध्य केले. ही प्रणाली शून्य बायसवर चालते आणि तिला ऊर्जेचा अजिबात वापर होत नाही. फोटोडिटेक्टरच्या इमेजिंग क्षमतेचे मूल्यांकन 'T' अक्षराच्या नमुन्याचा (आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे) काळा मास्क वापरून करण्यात आले.
सारांशतः, या संशोधनाने ग्राफीन नॅनोरिबनवर आधारित स्व-शक्तीवर चालणारे फोटोडिटेक्टर यशस्वीरित्या तयार केले आणि विक्रमी उच्च प्रतिसाद दर मिळवला. त्याचबरोबर, संशोधकांनी याच्या ऑप्टिकल कम्युनिकेशन आणि इमेजिंग क्षमतांचे यशस्वीपणे प्रदर्शन केले.अत्यंत प्रतिसाद देणारा फोटोडिटेक्टरहे संशोधन यश केवळ ग्राफीन नॅनोरिबन आणि सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या विकासासाठी एक व्यावहारिक दृष्टिकोनच प्रदान करत नाही, तर स्व-शक्तीवर चालणारे शॉर्ट-वेव्ह इन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टर म्हणून त्यांची उत्कृष्ट कामगिरी देखील दर्शवते.
पोस्ट करण्याची वेळ: २८ एप्रिल २०२५