Tự lái hiệu suất caomáy dò quang hồng ngoại
hồng ngoạimáy dò quangVới các đặc tính như khả năng chống nhiễu mạnh, khả năng nhận dạng mục tiêu tốt, hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết và khả năng ngụy trang tốt, nó đang ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực như y học, quân sự, công nghệ vũ trụ và kỹ thuật môi trường. Trong số đó, xe tự hànhphát 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 nhờ hiệu suất độc đáo của nó (như không phụ thuộc vào 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 cần thêm điện áp phân cực để phân tách các hạt mang quang sinh ra nhằm tạo ra dòng quang, mà còn cần thêm hệ thống làm mát để giảm nhiễu nhiệt và cải thiện độ nhạy. 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 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 theo kỷ lục 7 bậc độ lớn. 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 đáp ứng đặc tính tĩnh (đường cong dòng điện-điện áp) và đặc tính động (đường cong dòng điện-thời gian). Để đánh giá một cách có hệ thống các đặc tính đáp 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 đáp 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 quang tăng theo điện áp phân cực ngược và cho thấy tốc độ đáp ứng nhanh ở mọi điện áp phân cực.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công một hệ thống hình ảnh và tự động chụp ảnh hồng ngoại sóng ngắn. Hệ thống hoạt động với độ lệch bằng 0 và hoàn toàn không tiêu thụ năng lượng. Khả năng hình ảnh của bộ tách sóng quang được đánh giá bằng cách sử dụng mặt nạ đen có họa tiết chữ “T” (như minh họa trong Hình 1).
Tóm lại, nghiên cứu này đã chế tạo thành công bộ cảm biến quang tự cấp nguồn dựa trên nanoribbon 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 hình ảnh của thiết bị này.máy dò quang 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 tách sóng hồng ngoại sóng ngắn tự cấp nguồn.
Thời gian đăng: 28-04-2025