Bộ dò quang có độ nhạy cao mới

Mớimáy dò quang có độ nhạy cao

Gần đây, một nhóm nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) dựa trên Vật liệu oxit gali giàu gali đa tinh thể (PGR-GaOX) đã đề xuất lần đầu tiên một chiến lược thiết kế mới cho độ nhạy cao và tốc độ phản hồi cao.máy dò quangthông qua các hiệu ứng nhiệt điện và quang dẫn giao diện kết hợp, và nghiên cứu có liên quan đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials. Năng lượng caomáy dò quang điện(từ 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 tại như Si và α-Se có vấn đề về 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 gali bán dẫn có khoảng cách băng 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 về cấu trúc thiết bị, nên việc hiện thực hóa các máy dò photon năng lượng cao có độ nhạy cao và tốc độ phản hồi cao dựa trên chất bán dẫn có khoảng cách băng rộng là một thách thức. Để giải quyết những thách thức này, một nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc đã thiết kế một diode quang dẫn nhiệt điện (PPD) dựa trên PGR-GaOX lần đầu tiên. 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 với cả DUV và tia X, với tốc độ phản hồi lần lượt lên đến 104A/W và 105μC×Gyair-1/cm2, cao hơn 100 lần so với các đầu dò trước đây được chế tạo từ vật liệu tương tự. Ngoài ra, hiệu ứng nhiệt điện giao diện gây ra bởi tính đối xứng phân cực của vùng nghèo PGR-GaOX có thể tăng tốc độ phản hồi của đầu dò lên 105 lần, đạt 0,1ms. So với các điốt quang thông thường, PPDS chế độ tự cấp nguồn tạo ra độ lợi cao hơn nhờ trường nhiệt điện trong quá trình chuyển mạch ánh sáng.

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