Tự lái hiệu suất caomáy dò ảnh hồng ngoại
hồng ngoạimáy dò ảnhcó đặc điểm là khả năng chống nhiễu mạnh, khả năng nhận dạng mục tiêu mạnh, hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết và khả năng che giấu tốt. Nó đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong các lĩnh vực như y học, quân sự, công nghệ vũ trụ và kỹ thuật môi trường. Trong số đó, tự láiphát hiện quang điệnchip có thể hoạt động độc lập mà không cần nguồn điện bổ sung bên ngoài đã thu hút sự chú ý rộng rãi trong lĩnh vực phát hiện hồng ngoại do hiệu suất độc đáo của nó (như độc lập về năng lượng, độ nhạy và độ ổn định cao, v.v.). Ngược lại, chip phát hiện quang điện truyền thống, chẳng hạn như chip hồng ngoại dựa trên silicon hoặc bán dẫn có khoảng cách băng hẹp, không chỉ yêu cầu điện áp phân cực bổ sung để thúc đẩy quá trình tách các hạt mang quang sinh ra để tạo ra dòng điện quang mà còn cần hệ thống làm mát bổ sung để giảm nhiễu nhiệt và cải thiện khả năng phản hồi. Do đó, việc đáp ứng các khái niệm và yêu cầu mới của thế hệ chip phát hiện hồng ngoại tiếp theo trong tương lai, chẳng hạn như mức tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ, chi phí thấp và hiệu suất cao, đã trở nên khó khăn.
Gần đây, các nhóm nghiên cứu từ Trung Quốc và Thụy Điển đã đề xuất một chip phát hiện quang điện hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) tự điều khiển dị hướng pin mới dựa trên màng nanoribbon graphene (GNR)/nhôm oxit/silicon đơn tinh thể. Dưới tác động kết hợp của hiệu ứng cổng quang được kích hoạt bởi giao diện dị hướng và trường điện tích hợp, chip đã chứng minh hiệu suất phát hiện và phản hồi cực cao ở điện áp phân cực bằng không. Chip phát hiện quang điện có tỷ lệ phản hồi cao tới 75,3 A/W ở chế độ tự điều khiển, tỷ lệ phát hiện là 7,5 × 10¹⁴ Jones và hiệu suất lượng tử bên ngoài gần 104%, cải thiện hiệu suất phát hiện của cùng loại chip dựa trên silicon lên kỷ lục 7 cấp độ. Ngoài ra, ở chế độ điều khiển thông thường, tỷ lệ phản hồi, tỷ lệ phát hiện và hiệu suất lượng tử bên ngoài của chip đều cao tới 843 A/W, 10¹⁵ Jones và 105% tương ứng, tất cả đều là những giá trị cao nhất được báo cáo trong nghiên cứu hiện tại. Trong khi đó, nghiên cứu này cũng chứng minh ứng dụng thực tế của chip phát hiện quang điện trong lĩnh vực truyền thông quang học và hình ảnh hồng ngoại, làm nổi bật tiềm năng ứng dụng to lớn của nó.
Để nghiên cứu một cách có hệ thống hiệu suất quang điện của bộ tách sóng quang dựa trên graphene nanoribbon /Al₂O₃/ silicon đơn tinh thể, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các phản ứng đặc tính tĩnh (đường cong dòng điện-điện áp) và động (đường cong thời gian-dòng điện). Để đánh giá một cách có hệ thống các đặc tính phản ứng quang học của bộ tách sóng quang cấu trúc dị thể silicon đơn tinh thể graphene nanoribbon /Al₂O₃/ dưới các điện áp phân cực khác nhau, các nhà nghiên cứu đã đo phản ứng dòng điện động của thiết bị ở các điện áp phân cực 0 V, -1 V, -3 V và -5 V, với mật độ công suất quang là 8,15 μW/cm². Dòng điện quang tăng theo điện áp phân cực ngược và cho thấy tốc độ phản ứng nhanh ở mọi điện áp phân cực.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một hệ thống hình ảnh và thành công trong việc tự cung cấp năng lượng cho hình ảnh hồng ngoại sóng ngắn. Hệ thống hoạt động ở chế độ không phân cực và không tiêu thụ năng lượng. Khả năng hình ảnh của máy dò quang được đánh giá bằng cách sử dụng mặt nạ đen có hoa văn chữ “T” (như thể hiện trong Hình 1).
Tóm lại, nghiên cứu này đã chế tạo thành công các máy dò quang tự cấp nguồn dựa trên nanoribbon graphene và đạt được tốc độ phản hồi cao kỷ lục. Trong khi đó, các nhà nghiên cứu đã chứng minh thành công khả năng truyền thông quang học và hình ảnh củamáy dò ảnh có độ phản hồi caoThành tựu nghiên cứu này không chỉ cung cấp một phương pháp thực tế để phát triển các dải nano graphene và các thiết bị quang điện tử dựa trên silicon, mà còn chứng minh hiệu suất tuyệt vời của chúng như các bộ dò quang hồng ngoại sóng ngắn tự cấp nguồn.
Thời gian đăng: 28-04-2025