دوقطبی دو بعدیآشکارساز نوری بهمن
آشکارساز نوری بهمنی دوبعدی دوقطبی (آشکارساز نوری APD) به نویز بسیار کم و تشخیص با حساسیت بالا دست می‌یابد
تشخیص با حساسیت بالا برای چند فوتون یا حتی تک فوتون، چشم‌اندازهای کاربردی مهمی در زمینه‌هایی مانند تصویربرداری نور ضعیف، سنجش از دور و تله‌متری و ارتباطات کوانتومی دارد. در میان آنها، آشکارساز نوری بهمنی (APD) به دلیل ویژگی‌های اندازه کوچک، راندمان بالا و ادغام آسان، به یک جهت‌گیری مهم در زمینه تحقیقات دستگاه‌های اپتوالکترونیکی تبدیل شده است. نسبت سیگنال به نویز (SNR) یک شاخص مهم برای آشکارساز نوری APD است که به بهره بالا و جریان تاریک کم نیاز دارد. تحقیق روی اتصالات ناهمگن وان در والس مواد دو بعدی (2D) چشم‌اندازهای گسترده‌ای را در توسعه APDهای با عملکرد بالا نشان می‌دهد. محققان چینی ماده نیمه‌هادی دو بعدی دو قطبی WSe₂ را به عنوان ماده حساس به نور انتخاب کردند و آشکارساز نوری APD را با دقت با ساختار Pt/WSe₂/Ni که بهترین تابع کار تطبیق را دارد، تهیه کردند تا مشکل نویز بهره ذاتی آشکارساز نوری APD سنتی را حل کنند.
تیم تحقیقاتی یک آشکارساز نوری بهمنی بر اساس ساختار Pt/WSe₂/Ni پیشنهاد داد که به تشخیص بسیار حساس سیگنال‌های نوری بسیار ضعیف در سطح fW در دمای اتاق دست یافت. آنها ماده نیمه‌هادی دو بعدی WSe₂ را که دارای خواص الکتریکی عالی است انتخاب کردند و مواد الکترود Pt و Ni را با هم ترکیب کردند تا با موفقیت نوع جدیدی از آشکارساز نوری بهمنی را توسعه دهند. با بهینه‌سازی دقیق تطبیق تابع کار بین Pt، WSe₂ و Ni، یک مکانیسم انتقال طراحی شد که می‌تواند به طور موثر حامل‌های تاریک را مسدود کند در حالی که به طور انتخابی به حامل‌های تولید شده توسط نور اجازه عبور می‌دهد. این مکانیسم به طور قابل توجهی نویز بیش از حد ناشی از یونیزاسیون برخورد حامل را کاهش می‌دهد و آشکارساز نوری را قادر می‌سازد تا به تشخیص سیگنال نوری بسیار حساس در سطح نویز بسیار پایین دست یابد.
سپس، به منظور روشن شدن مکانیسم اثر بهمنی ناشی از میدان الکتریکی ضعیف، محققان در ابتدا سازگاری توابع کار ذاتی فلزات مختلف با WSe₂ را ارزیابی کردند. مجموعه‌ای از دستگاه‌های فلز-نیمه‌رسانا-فلز (MSM) با الکترودهای فلزی مختلف ساخته و آزمایش‌های مربوطه بر روی آنها انجام شد. علاوه بر این، با کاهش پراکندگی حامل‌ها قبل از شروع بهمن، می‌توان تصادفی بودن یونیزاسیون ضربه‌ای را کاهش داد و در نتیجه نویز را کاهش داد. بنابراین، آزمایش‌های مربوطه انجام شد. برای نشان دادن بیشتر برتری APD Pt/WSe₂/Ni از نظر ویژگی‌های پاسخ زمانی، محققان پهنای باند -3 دسی‌بل دستگاه را تحت مقادیر مختلف بهره فوتوالکتریک بیشتر ارزیابی کردند.
نتایج آزمایش نشان می‌دهد که آشکارساز Pt/WSe₂/Ni در دمای اتاق، توان معادل نویز (NEP) بسیار پایینی دارد که تنها 8.07 fW/√Hz است. این بدان معناست که این آشکارساز می‌تواند سیگنال‌های نوری بسیار ضعیف را شناسایی کند. علاوه بر این، این دستگاه می‌تواند به طور پایدار در فرکانس مدولاسیون 20 کیلوهرتز با بهره بالای 5×10⁵ کار کند و با موفقیت مشکل فنی آشکارسازهای فتوولتائیک سنتی را که ایجاد تعادل بین بهره بالا و پهنای باند دشوار است، حل کند. انتظار می‌رود این ویژگی، مزایای قابل توجهی را در کاربردهایی که نیاز به بهره بالا و نویز کم دارند، برای آن فراهم کند.
این تحقیق نقش حیاتی مهندسی مواد و بهینه‌سازی سطح مشترک را در افزایش عملکرد ... نشان می‌دهد.آشکارسازهای نوریاز طریق طراحی هوشمندانه الکترودها و مواد دوبعدی، اثر محافظتی حامل‌های تاریک حاصل شده است که به طور قابل توجهی تداخل نویز را کاهش داده و راندمان تشخیص را بیشتر بهبود می‌بخشد.
عملکرد این آشکارساز نه تنها در ویژگی‌های فوتوالکتریک منعکس می‌شود، بلکه چشم‌اندازهای کاربردی گسترده‌ای نیز دارد. این آشکارساز با مسدود کردن مؤثر جریان تاریک در دمای اتاق و جذب کارآمد حامل‌های تولید شده توسط نور، به ویژه برای تشخیص سیگنال‌های نوری ضعیف در زمینه‌هایی مانند نظارت بر محیط زیست، رصد نجومی و ارتباطات نوری مناسب است. این دستاورد تحقیقاتی نه تنها ایده‌های جدیدی برای توسعه آشکارسازهای نوری مواد با ابعاد کم ارائه می‌دهد، بلکه منابع جدیدی را برای تحقیقات و توسعه آینده دستگاه‌های اپتوالکترونیکی با کارایی بالا و توان کم ارائه می‌دهد.
زمان ارسال: ۱۸ ژوئن ۲۰۲۵