ردیاب نوری جدید با حساسیت بالا

ردیاب نوری جدید با حساسیت بالا

اخیراً، یک تیم تحقیقاتی در آکادمی علوم چین (CAS) بر اساس مواد اکسید گالیم غنی از گالیم پلی کریستالی (PGR-GaOX) برای اولین بار یک استراتژی طراحی جدید را برای آشکارساز نوری با حساسیت بالا و سرعت پاسخ بالا از طریق رابط پیرالکتریک جفت شده پیشنهاد کردند. و اثرات هدایت نوری، و تحقیقات مربوطه در Advanced Materials منتشر شد. آشکارسازهای فوتوالکتریک پرانرژی (برای باندهای فرابنفش عمیق (DUV) تا اشعه ایکس) در زمینه‌های مختلفی از جمله امنیت ملی، پزشکی و علوم صنعتی حیاتی هستند.

با این حال، مواد نیمه هادی فعلی مانند Si و α-Se دارای مشکلات جریان نشتی زیاد و ضریب جذب کم اشعه ایکس هستند که پاسخگویی به نیازهای تشخیص با کارایی بالا دشوار است. در مقابل، مواد اکسید گالیوم نیمه هادی باند پهن (WBG) پتانسیل بالایی برای تشخیص فوتوالکتریک با انرژی بالا نشان می دهند. با این حال، با توجه به تله سطح عمیق اجتناب ناپذیر در سمت مواد و عدم طراحی موثر بر روی ساختار دستگاه، تحقق آشکارسازهای فوتون با انرژی بالا با حساسیت بالا و سرعت پاسخ بالا بر اساس نیمه هادی های شکاف پهن باند چالش برانگیز است. برای مقابله با این چالش ها، یک تیم تحقیقاتی در چین برای اولین بار یک دیود رسانای نوری پیروالکتریک (PPD) بر اساس PGR-GaOX طراحی کرده اند. با جفت کردن اثر پیرالکتریک رابط با اثر رسانایی نوری، عملکرد تشخیص به طور قابل توجهی بهبود می یابد. PPD حساسیت بالایی به هر دو DUV و اشعه ایکس نشان داد، با نرخ پاسخ تا 104A/W و 105μC×Gyair-1/cm2، به ترتیب، بیش از 100 برابر بیشتر از آشکارسازهای قبلی ساخته شده از مواد مشابه. علاوه بر این، اثر پیرالکتریک رابط ناشی از تقارن قطبی منطقه تخلیه PGR-GaOX می تواند سرعت پاسخ آشکارساز را 105 برابر به 0.1 میلی ثانیه افزایش دهد. در مقایسه با فتودیودهای معمولی، PPDS حالت خودکار، به دلیل میدان‌های پیروالکتریک در هنگام تعویض نور، سود بیشتری ایجاد می‌کند.

علاوه بر این، PPD می تواند در حالت بایاس کار کند، جایی که بهره به شدت به ولتاژ بایاس وابسته است و با افزایش ولتاژ بایاس می توان به بهره فوق العاده بالا دست یافت. PPD پتانسیل کاربرد زیادی در مصرف انرژی کم و سیستم های بهبود تصویربرداری با حساسیت بالا دارد. این کار نه تنها ثابت می‌کند که GaOX یک ماده آشکارساز نوری امیدوارکننده است، بلکه یک استراتژی جدید برای تحقق آشکارسازهای نوری با کارایی بالا ارائه می‌کند.