Ngưỡng hồng ngoại thấpmáy dò ảnh tuyết lở
Máy dò ảnh tuyết lở hồng ngoại (Máy dò quang APD) là một lớp củathiết bị quang điện bán dẫntạo ra độ lợi cao thông qua hiệu ứng ion hóa va chạm, để đạt được khả năng phát hiện một vài photon hoặc thậm chí là một photon. Tuy nhiên, trong các cấu trúc máy dò quang APD thông thường, quá trình tán xạ hạt mang không cân bằng dẫn đến mất năng lượng, do đó điện áp ngưỡng tuyết lở thường cần đạt 50-200 V. Điều này đặt ra yêu cầu cao hơn đối với điện áp truyền động của thiết bị và thiết kế mạch đọc, làm tăng chi phí và hạn chế các ứng dụng rộng hơn.
Gần đây, nghiên cứu của 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 giao thoa tự pha tạp của lớp nguyên tử, máy dò quang tuyết lở giải quyết được sự tán xạ có hại do trạng thái khuyết tật giao diện gây ra, điều này không thể tránh khỏi trong giao thoa dị chất. Trong khi đó, trường điện "đỉnh" cục bộ mạnh do phá vỡ đối xứng tịnh tiến được sử dụng để tăng cường tương tác coulomb giữa các hạt mang, ngăn chặn sự tán xạ chi phối của chế độ phonon ngoài mặt phẳng và đạt được hiệu suất nhân đôi cao của các hạt mang 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 homojunction vonfram diselenide tự pha tạp (WSe₂) lớp nguyên tử (chalcogenide kim loại chuyển tiếp hai chiều, TMD) như một môi trường khuếch đại cho các trận tuyết lở mang điện tích. Sự phá vỡ đối xứng tịnh tiến không gian đạt được bằng cách thiết kế một đột biến bước địa hình để tạo ra một trường điện "gai" cục bộ mạnh tại giao diện homojunction đột biến.
Ngoài ra, độ dày nguyên tử có thể ngăn chặn cơ chế tán xạ do chế độ phonon chi phối và thực hiện quá trình tăng tốc và nhân 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 vật liệu bán dẫn Ví dụ. Điện áp ngưỡng tuyết lở đã giảm từ 50 V xuống 1,6 V, cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng mạch kỹ thuật số điện áp thấp trưởng thành để điều khiển tuyết lởmáy dò ảnhcũng như diode và bóng bán dẫn 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, cung cấp một góc nhìn mới cho sự phát triển của công nghệ phát hiện hồng ngoại tuyết lở có độ nhạy cao, ngưỡng thấp và độ lợi cao thế hệ tiếp theo.
Thời gian đăng: 16-04-2025