Huipputehokas itsevetoineninfrapunavaloilmaisin
infrapunavaloilmaisinsillä on ominaisuuksia, kuten vahva häiriöidenestokyky, vahva kohteen tunnistuskyky, säänkestävyys ja hyvä kätkevyys. Sillä on yhä tärkeämpi rooli esimerkiksi lääketieteessä, armeijassa, avaruusteknologiassa ja ympäristötekniikassa. Näihin kuuluvat itseohjautuvafotoelektrinen havaitseminenItsenäisesti ilman ulkoista lisävirtalähdettä toimiva siru on herättänyt laajaa huomiota infrapunailmaisun alalla ainutlaatuisen suorituskykynsä (kuten energiariippumattomuuden, korkean herkkyyden ja vakauden jne.) ansiosta. Sitä vastoin perinteiset valosähköiset ilmaisinsirut, kuten piipohjaiset tai kapeakaistaiseen kaistaväliin perustuvat puolijohdepohjaiset infrapunasirut, eivät ainoastaan vaadi ylimääräisiä esijännitteitä valosähköisten varauksenkuljettajien erottamiseksi valovirtojen tuottamiseksi, vaan myös lisäjäähdytysjärjestelmiä lämpökohinan vähentämiseksi ja vasteajan parantamiseksi. Siksi on tullut vaikeaksi täyttää seuraavan sukupolven infrapunailmaisinsirujen uusia konsepteja ja vaatimuksia, kuten alhainen virrankulutus, pieni koko, alhaiset kustannukset ja korkea suorituskyky, tulevaisuudessa.
Kiinalaiset ja ruotsalaiset tutkimusryhmät ovat äskettäin ehdottaneet uudenlaista heteroliitoksella toimivaa itseohjautuvaa lyhytaaltoista infrapunavalosähköistä ilmaisinpiiriä (SWIR), joka perustuu grafeeninanoribbon (GNR) -kalvoihin, alumiinioksidiin ja yksikiteiseen piihin. Heterogeenisen rajapinnan laukaiseman optisen porttivaikutuksen ja sisäänrakennetun sähkökentän yhteisvaikutuksen ansiosta siru osoitti erittäin korkean vasteen ja havaitsemiskyvyn nollajännitteellä. Valosähköisen ilmaisimen vastenopeus on jopa 75,3 A/W itseohjautuvassa tilassa, havaitsemisnopeus 7,5 × 10¹⁴ Jonesia ja ulkoinen kvanttihyötysuhde lähes 104 %, mikä parantaa saman tyyppisten piipohjaisten sirujen havaitsemiskykyä ennätykselliset 7 kertaluokkaa. Lisäksi tavanomaisessa käyttötilassa sirun vastenopeus, havaitsemisnopeus ja ulkoinen kvanttihyötysuhde ovat kaikki vastaavasti jopa 843 A/W, 10¹⁵ Jonesia ja 105 %, jotka kaikki ovat nykytutkimuksessa raportoituja korkeimpia arvoja. Samaan aikaan tämä tutkimus osoitti myös valosähköisen ilmaisusirun todellisen sovelluksen optisen viestinnän ja infrapunakuvantamisen aloilla, korostaen sen valtavaa sovelluspotentiaalia.
Tutkiakseen systemaattisesti grafeeninanonauhoihin /Al₂O₃/yksikiteiseen piihin perustuvan fotodetektorin fotoelektristä suorituskykyä tutkijat testasivat sen staattisia (virta-jännitekäyrä) ja dynaamisia ominaisvasteita (virta-aikakäyrä). Arvioidakseen systemaattisesti grafeeninanonauhoihin /Al₂O₃/yksikiteiseen piihin perustuvan heterostruktuurifotodetektorin optisia vasteominaisuuksia eri esijännitteillä tutkijat mittasivat laitteen dynaamisen virtavasteen 0 V, -1 V, -3 V ja -5 V esijännitteillä optisen tehotiheyden ollessa 8,15 μW/cm². Fotovirta kasvaa käänteisen esijännitteen myötä ja osoittaa nopeaa vasteaikaa kaikilla esijännitteillä.
Lopuksi tutkijat rakensivat kuvantamisjärjestelmän ja onnistuivat kuvaamaan lyhytaaltoista infrapunaa omalla virtalähteellä. Järjestelmä toimii nollajännitettä käyttäen eikä sillä ole lainkaan energiankulutusta. Fotodetektorin kuvantamiskykyä arvioitiin käyttämällä mustaa maskia, jossa oli kirjain "T" -kuvio (kuten kuvassa 1 on esitetty).
Yhteenvetona voidaan todeta, että tässä tutkimuksessa onnistuttiin valmistamaan grafeeninanonauhoihin perustuvia omavoimaisia fotodetektoreita ja saavutettiin ennätyksellisen korkea vasteaika. Samaan aikaan tutkijat osoittivat onnistuneesti tämän laitteen optisen tiedonsiirron ja kuvantamisen ominaisuudet.erittäin herkkä valoilmaisinTämä tutkimussaavutus ei ainoastaan tarjoa käytännöllistä lähestymistapaa grafeeninanonauhojen ja piipohjaisten optoelektronisten laitteiden kehittämiseen, vaan myös osoittaa niiden erinomaisen suorituskyvyn omavoimaisina lyhytaaltoisina infrapunavaloilmaisimina.
Julkaisuaika: 28.4.2025