مادون قرمز با آستانه پایینآشکارساز نوری بهمن
آشکارساز نوری بهمن مادون قرمز (آشکارساز نوری APD) یک کلاس ازدستگاه‌های فوتوالکتریک نیمه‌هادیکه از طریق اثر یونیزاسیون برخوردی، بهره بالایی تولید می‌کنند تا به توانایی تشخیص تعداد کمی فوتون یا حتی تک فوتون دست یابند. با این حال، در ساختارهای آشکارساز نوری APD معمولی، فرآیند پراکندگی حامل غیرتعادلی منجر به اتلاف انرژی می‌شود، به طوری که ولتاژ آستانه بهمن معمولاً باید به 50 تا 200 ولت برسد. این امر الزامات بالاتری را بر ولتاژ درایو دستگاه و طراحی مدار خوانش وارد می‌کند، هزینه‌ها را افزایش می‌دهد و کاربردهای گسترده‌تر را محدود می‌کند.
اخیراً، تحقیقات چینی ساختار جدیدی از آشکارساز بهمنی نزدیک به مادون قرمز با ولتاژ آستانه بهمنی پایین و حساسیت بالا ارائه کرده است. بر اساس همجوشی خود-آلایش لایه اتمی، آشکارساز نوری بهمنی، پراکندگی مضر ناشی از حالت نقص سطح مشترک را که در ناهمجوشی اجتناب‌ناپذیر است، حل می‌کند. در همین حال، میدان الکتریکی قوی "پیک" محلی ناشی از شکست تقارن انتقالی برای افزایش برهمکنش کولنی بین حامل‌ها، سرکوب پراکندگی غالب حالت فونون خارج از صفحه و دستیابی به راندمان دو برابر شدن بالای حامل‌های غیرتعادلی استفاده می‌شود. در دمای اتاق، انرژی آستانه نزدیک به حد نظری Eg (Eg شکاف باند نیمه‌هادی است) است و حساسیت تشخیص آشکارساز بهمنی مادون قرمز تا سطح 10000 فوتون است.
این مطالعه بر اساس همجوشی دی‌سلنید تنگستن (WSe₂) خود-آلایش‌شده با لایه اتمی (کالکوژنید فلزات واسطه دوبعدی، TMD) به عنوان یک محیط بهره برای بهمن‌های حامل بار است. شکست تقارن انتقالی فضایی با طراحی یک جهش پله‌ای توپوگرافی برای القای یک میدان الکتریکی "میخ" موضعی قوی در فصل مشترک همجوشی جهش‌یافته حاصل می‌شود.
علاوه بر این، ضخامت اتمی می‌تواند مکانیسم پراکندگی تحت سلطه حالت فونون را سرکوب کند و فرآیند شتاب‌دهی و تکثیر حامل غیرتعادلی را با اتلاف بسیار کم محقق سازد. این امر انرژی آستانه بهمن را در دمای اتاق به حد نظری یعنی شکاف باند ماده نیمه‌هادی نزدیک می‌کند. به عنوان مثال، ولتاژ آستانه بهمن از 50 ولت به 1.6 ولت کاهش یافت و به محققان اجازه داد تا از مدارهای دیجیتال ولتاژ پایین بالغ برای هدایت بهمن استفاده کنند.آشکارساز نوریو همچنین دیودها و ترانزیستورهای درایو. این مطالعه تبدیل و استفاده کارآمد از انرژی حامل غیر تعادلی را از طریق طراحی اثر ضرب بهمنی با آستانه پایین محقق می‌کند، که دیدگاه جدیدی را برای توسعه نسل بعدی فناوری تشخیص فروسرخ بهمنی با حساسیت بالا، آستانه پایین و بهره بالا فراهم می‌کند.
زمان ارسال: ۱۶ آوریل ۲۰۲۵