Nghiên cứu mới về máy dò quang tuyết lở chiều thấp

Nghiên cứu mới về máy dò quang tuyết lở chiều thấp

Việc phát hiện độ nhạy cao của công nghệ ít photon hoặc thậm chí đơn photon có triển vọng ứng dụng đáng kể trong các lĩnh vực như chụp ảnh thiếu sáng, cảm biến từ xa và đo từ xa, cũng như truyền thông lượng tử. Trong số đó, bộ tách sóng quang tuyết lở (APD) đã trở thành một hướng quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu thiết bị quang điện tử nhờ kích thước nhỏ, hiệu suất cao và dễ tích hợp. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là một chỉ số quan trọng của bộ tách sóng quang APD, yêu cầu độ khuếch đại cao và dòng tối thấp. Nghiên cứu về tiếp giáp dị chất van der Waals hai chiều (2D) cho thấy triển vọng rộng lớn trong việc phát triển các APD hiệu suất cao. Các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc đã chọn vật liệu bán dẫn hai chiều lưỡng cực WSe₂ làm vật liệu nhạy sáng và đã cẩn thận chuẩn bị cấu trúc Pt/WSe₂/Ni.Máy dò quang APDvới hàm công việc phù hợp nhất để giải quyết vấn đề nhiễu khuếch đại vốn có của APD truyền thống.

Các nhà nghiên cứu đã đề xuất mộtmáy dò quang tuyết lởDựa trên cấu trúc Pt/WSe₂/Ni, đạt được khả năng phát hiện tín hiệu ánh sáng cực yếu ở mức fW ở nhiệt độ phòng với độ nhạy cao. Họ đã chọn vật liệu bán dẫn hai chiều WSe₂, vốn có tính chất điện tuyệt vời, và kết hợp nó với vật liệu điện cực Pt và Ni để phát triển thành công một loại cảm biến quang tuyết lở mới. Bằng cách tối ưu hóa chính xác sự khớp hàm công giữa Pt, WSe₂ và Ni, một cơ chế vận chuyển đã được thiết kế, có thể chặn hiệu quả các hạt mang tối trong khi vẫn chọn lọc cho phép các hạt mang quang sinh đi qua. Cơ chế này làm giảm đáng kể nhiễu dư thừa do ion hóa va chạm hạt mang, cho phép cảm biến quang đạt được khả năng phát hiện tín hiệu quang học có độ nhạy cao ở mức nhiễu cực thấp.

Nghiên cứu này chứng minh vai trò quan trọng của kỹ thuật vật liệu và tối ưu hóa giao diện trong việc nâng cao hiệu suất củabộ tách sóng quangNhờ thiết kế khéo léo các điện cực và vật liệu hai chiều, hiệu ứng che chắn của các hạt mang tối đã đạt được, giảm đáng kể nhiễu nhiễu và cải thiện hơn nữa hiệu suất phát hiện. Hiệu suất của máy dò này không chỉ được thể hiện ở các đặc tính quang điện mà còn có triển vọng ứng dụng rộng rãi. Với khả năng chặn dòng điện tối hiệu quả ở nhiệt độ phòng và hấp thụ hiệu quả các hạt mang quang sinh ra, máy dò quang này đặc biệt phù hợp để phát hiện các tín hiệu ánh sáng yếu trong các lĩnh vực như giám sát môi trường, quan sát thiên văn và truyền thông quang học. Thành tựu nghiên cứu này không chỉ cung cấp những ý tưởng mới cho việc phát triển các máy dò quang vật liệu chiều thấp mà còn cung cấp những tài liệu tham khảo mới cho việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị quang điện tử hiệu suất cao và công suất thấp trong tương lai.