Bộ tách sóng quang có độ nhạy cao mới

Bộ tách sóng quang có độ nhạy cao mới

Gần đây, một nhóm nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) dựa trên Vật liệu oxit Gallium giàu gali đa tinh thể (PGR-GaOX) lần đầu tiên đã đề xuất một chiến lược thiết kế mới cho bộ tách sóng quang cao có độ nhạy cao và tốc độ phản hồi cao thông qua giao diện nhiệt điện kết hợp. và hiệu ứng quang dẫn, cũng như nghiên cứu liên quan đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials. Máy dò quang điện năng lượng cao (dành cho dải tia cực tím sâu (DUV) đến tia X) rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm an ninh quốc gia, y học và khoa học công nghiệp.

Tuy nhiên, các vật liệu bán dẫn hiện nay như Si và α-Se có vấn đề là dòng rò lớn và hệ số hấp thụ tia X thấp, khó đáp ứng nhu cầu phát hiện hiệu suất cao. Ngược lại, vật liệu oxit bán dẫn gali bán dẫn khoảng cách dải rộng (WBG) cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát hiện quang điện năng lượng cao. Tuy nhiên, do bẫy mức sâu không thể tránh khỏi ở phía vật liệu và thiếu thiết kế hiệu quả trên cấu trúc thiết bị, nên việc nhận ra các máy dò photon năng lượng cao có độ nhạy cao và tốc độ phản hồi cao dựa trên chất bán dẫn khoảng cách dải rộng là một thách thức. Để giải quyết những thách thức này, lần đầu tiên một nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc đã thiết kế một điốt quang dẫn nhiệt điện (PPD) dựa trên PGR-GaOX. Bằng cách kết hợp hiệu ứng nhiệt điện giao diện với hiệu ứng quang dẫn, hiệu suất phát hiện được cải thiện đáng kể. PPD cho thấy độ nhạy cao đối với cả DUV và tia X, với tốc độ phản hồi lần lượt lên tới 104A/W và 105μC×Gyair-1/cm2, cao hơn 100 lần so với các máy dò trước đây được làm bằng vật liệu tương tự. Ngoài ra, hiệu ứng nhiệt điện giao diện gây ra bởi tính đối xứng cực của vùng suy giảm PGR-GaOX có thể tăng tốc độ phản hồi của máy dò lên 105 lần lên 0,1ms. So với các điốt quang thông thường, PPDS ở chế độ tự cấp nguồn tạo ra mức tăng cao hơn do trường nhiệt điện trong quá trình chuyển đổi ánh sáng.

Ngoài ra, PPD có thể hoạt động ở chế độ phân cực, trong đó mức tăng phụ thuộc nhiều vào điện áp phân cực và có thể đạt được mức tăng cực cao bằng cách tăng điện áp phân cực. PPD có tiềm năng ứng dụng lớn trong các hệ thống nâng cao hình ảnh có độ nhạy cao và tiêu thụ năng lượng thấp. Công trình này không chỉ chứng minh rằng GaOX là vật liệu tách sóng quang năng lượng cao đầy hứa hẹn mà còn cung cấp một chiến lược mới để hiện thực hóa các bộ tách sóng quang năng lượng cao hiệu suất cao.