Hiệu suất cao, tự hànhmáy dò quang hồng ngoại
hồng ngoạibộ tách sóng quangCó đặc điểm là khả năng chống nhiễu mạnh, khả năng nhận diện mục tiêu tốt, hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết và khả năng ngụy trang 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 đó, có cả loại tự hành.phát hiện quang điệnCác chip có khả năng 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 nhờ hiệu năng độc đáo của chúng (như độc lập năng lượng, độ nhạy và độ ổn định cao, v.v.). Ngược lại, các chip phát hiện quang điện truyền thống, chẳng hạn như chip hồng ngoại dựa trên silicon hoặc bán dẫn có dải năng lượng hẹp, không chỉ yêu cầu điện áp phân cực bổ sung để thúc đẩy sự tách các hạt tải điện được tạo ra bởi ánh sáng nhằm tạo ra dòng quang điện, mà còn cần các 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 tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ, chi phí thấp và hiệu suất cao, 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 vận hành dạng pin heterojunction mới dựa trên màng nanoribbon graphene (GNR)/alumina/silicon đơn tinh thể. Dưới tác động kết hợp của hiệu ứng cổng quang học được kích hoạt bởi giao diện dị thể và điện trường nội tại, chip này đã thể hiện hiệu suất phản hồi và phát hiện cực cao ở điện áp phân cực bằng không. Chip phát hiện quang điện này có tốc độ phản hồi cao tới 75,3 A/W ở chế độ tự vận hành, tốc độ phát hiện là 7,5 × 10¹⁴ Jones và hiệu suất lượng tử bên ngoài gần 104%, cải thiện hiệu suất phát hiện của các chip cùng loại dựa trên silicon lên đến 7 bậc độ lớn, một con số kỷ lục. Ngoài ra, ở chế độ vận hành thông thường, tốc độ phản hồi, tốc độ 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 nay. Trong khi đó, nghiên cứu này cũng chứng minh ứng dụng thực tiễn 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 dải nano graphene/Al₂O₃/silicon đơn tinh thể, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra đặc tính phản hồi tĩnh (đường cong dòng điện-điện áp) và động (đường cong dòng điện-thời gian) của nó. Để đánh giá một cách có hệ thống các đặc tính phản hồi quang học của bộ tách sóng quang cấu trúc dị thể dải nano graphene/Al₂O₃/silicon đơn tinh thể dưới các điện áp phân cực khác nhau, các nhà nghiên cứu đã đo phản hồi 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 học là 8,15 μW/cm². Dòng quang điện tăng lên khi phân cực ngược và cho thấy tốc độ phản hồi nhanh ở tất cả các điện áp phân cực.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một hệ thống hình ảnh và thành công trong việc tạo ảnh hồng ngoại sóng ngắn tự cấp nguồn. Hệ thống hoạt động ở điện áp bằng không và hoàn toàn không tiêu thụ năng lượng. Khả năng tạo ảnh của bộ tách sóng quang được đánh giá bằng cách sử dụng một mặt nạ đen có hình chữ “T” (như thể hiện trong Hình 1).
Tóm lại, nghiên cứu này đã chế tạo thành công các bộ cảm biến quang tự cấp nguồn dựa trên dải nano graphene và đạt được tốc độ phản hồi cao kỷ lục. Đồng thời, các nhà nghiên cứu đã chứng minh thành công khả năng truyền thông quang học và tạo ảnh của thiết bị này.bộ tách sóng quang có độ nhạy caoThành tựu nghiên cứu này không chỉ cung cấp một phương pháp thực tiễn cho việc 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 tách sóng quang hồng ngoại sóng ngắn tự cấp nguồn.
Thời gian đăng bài: 28/04/2025