Uusierittäin herkkä valoilmaisin
Kiinan tiedeakatemian (CAS) tutkimusryhmä, joka tutkii polykiteisiä galliumirikasteita galliumoksidimateriaaleja (PGR-GaOX), ehdotti hiljattain ensimmäistä kertaa uutta suunnittelustrategiaa korkean herkkyyden ja nopean vasteen saavuttamiseksi.valoilmaisinkytkyneiden rajapintojen pyroelektristen ja fotojohtavien vaikutusten kautta, ja asiaankuuluva tutkimus julkaistiin Advanced Materials -lehdessä. Korkeaenerginenvalosähköiset ilmaisimet(syvälle ultravioletille (DUV) röntgensäteilylle) ovat kriittisiä useilla aloilla, mukaan lukien kansallinen turvallisuus, lääketiede ja teollisuustiede.
Nykyisillä puolijohdemateriaaleilla, kuten Si:llä ja α-Se:llä, on kuitenkin ongelmia suuren vuotovirran ja alhaisen röntgensäteilyn absorptiokertoimen kanssa, mikä vaikeuttaa tehokkaan havaitsemisen vaatimusten täyttämistä. Sitä vastoin laajakaistaisella (WBG) puolijohdegalliumoksidimateriaaleilla on suuri potentiaali korkeaenergiseen fotoelektriseen havaitsemiseen. Materiaalipuolella väistämättömän syvän tasoloukun ja laiterakenteen tehokkaan suunnittelun puutteen vuoksi on kuitenkin haastavaa toteuttaa erittäin herkkiä ja nopeasti reagoivia suuren energian fotonidetektoreita, jotka perustuvat laajakaistaiseen aukkopuolijohteeseen. Näiden haasteiden ratkaisemiseksi kiinalainen tutkimusryhmä on ensimmäistä kertaa suunnitellut PGR-GaOX-pohjaisen pyroelektrisen fotojohtavan diodin (PPD). Yhdistämällä rajapinnan pyroelektrinen ilmiö fotojohtavuusilmiöön havaitsemiskyky paranee merkittävästi. PPD osoitti suurta herkkyyttä sekä DUV- että röntgensäteille, ja vastenopeudet olivat jopa 104A/W ja 105μC×Gyair-1/cm2, yli 100 kertaa korkeammat kuin aiemmilla vastaavista materiaaleista valmistetuilla ilmaisimilla. Lisäksi PGR-GaOX-ehtymisalueen napasymmetrian aiheuttama rajapinnan pyroelektrinen ilmiö voi lisätä ilmaisimen vasteaikaa 105-kertaisesti 0,1 millisekuntiin. Perinteisiin fotodiodeihin verrattuna omatehoiset PPDS-diodit tuottavat suurempia vahvistuksia pyroelektristen kenttien ansiosta valokytkentää käytettäessä.
Lisäksi PPD voi toimia esijännitetilassa, jossa vahvistus riippuu suuresti esijännitteestä, ja erittäin suuri vahvistus voidaan saavuttaa nostamalla esijännitettä. PPD:llä on suuri sovelluspotentiaali vähän energiaa kuluttavissa ja erittäin herkissä kuvantamisjärjestelmissä. Tämä työ ei ainoastaan todista, että GaOX on lupaavakorkeaenerginen fotodetektorimateriaalia, mutta tarjoaa myös uuden strategian korkean suorituskyvyn omaavien suuren energian fotodetektorien toteuttamiseksi.
Julkaisun aika: 10.9.2024