Ngưỡng hồng ngoại thấpmáy dò quang tuyết lở
Máy dò ảnh tuyết lở hồng ngoại (Bộ tách sóng quang APD) là một lớp củathiết bị quang điện bán dẫntạo ra hiệu ứng ion hóa va chạm có độ khuếch đại cao, giúp đạt được khả năng phát hiện một vài photon hoặc thậm chí một photon. Tuy nhiên, trong các cấu trúc cảm biến quang APD thông thường, quá trình tán xạ hạt mang không cân bằng dẫn đến tổn thất năng lượng, khiến điện áp ngưỡng tuyết lở thường cần đạt 50-200 V. Điều này đặt ra yêu cầu cao hơn về điện áp điều khiển và thiết kế mạch đọc của thiết bị, làm tăng chi phí và hạn chế phạm vi ứng dụng rộng hơn.
Gần đây, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã đề xuất một cấu trúc mới của máy dò hồng ngoại gần tuyết lở với điện áp ngưỡng tuyết lở thấp và độ nhạy cao. Dựa trên lớp chuyển tiếp tự pha tạp của lớp nguyên tử, máy dò quang tuyết lở giải quyết được hiện tượng tán xạ có hại do trạng thái khuyết tật giao diện gây ra, điều không thể tránh khỏi trong chuyển tiếp dị chất. Đồng thời, điện trường "đỉnh" cục bộ mạnh do phá vỡ đối xứng tịnh tiến được sử dụng để tăng cường tương tác Coulomb giữa các hạt mang điện, triệt tiêu tán xạ chi phối bởi chế độ phonon ngoài mặt phẳng và đạt được hiệu suất nhân đôi cao của các hạt mang điện không cân bằng. Ở nhiệt độ phòng, ngưỡng năng lượng gần với giới hạn lý thuyết Eg (Eg là khoảng cách dải của chất bán dẫn) và độ nhạy phát hiện của máy dò tuyết lở hồng ngoại lên tới mức 10000 photon.
Nghiên cứu này dựa trên tiếp giáp đồng đẳng vonfram diselenide tự pha tạp (WSe₂) (chalcogenide kim loại chuyển tiếp hai chiều, TMD) làm môi trường khuếch đại cho các trận lở tuyết mang điện tích. Sự phá vỡ đối xứng tịnh tiến không gian đạt được bằng cách thiết kế một đột biến bậc địa hình để tạo ra một trường điện "gai" cục bộ mạnh tại giao diện tiếp giáp đồng đẳng đột biến.
Ngoài ra, độ dày nguyên tử có thể ức chế cơ chế tán xạ do chế độ phonon chi phối, đồng thời hiện thực hóa quá trình tăng tốc và nhân lên của hạt mang không cân bằng với tổn thất rất thấp. Điều này đưa năng lượng ngưỡng tuyết lở ở nhiệt độ phòng gần với giới hạn lý thuyết, tức là khoảng cách dải của vật liệu bán dẫn. Ví dụ: điện áp ngưỡng tuyết lở đã được giảm từ 50 V xuống 1,6 V, cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng các mạch kỹ thuật số điện áp thấp hoàn thiện để điều khiển tuyết lở.máy dò quangcũng như diode và transistor điều khiển. Nghiên cứu này hiện thực hóa việc chuyển đổi và sử dụng hiệu quả năng lượng mang không cân bằng thông qua thiết kế hiệu ứng nhân tuyết lở ngưỡng thấp, mở ra một triển vọng mới cho việc phát triển công nghệ phát hiện hồng ngoại tuyết lở thế hệ tiếp theo có độ nhạy cao, ngưỡng thấp và độ khuếch đại cao.
Thời gian đăng: 16-04-2025