Tvívíddar snjóflóðaljósnemi

Tvívíddar tvípólasnjóflóðaljósnemi

Tvívíddar snjóflóðaljósneminn (APD ljósnemi) nær mjög lágum hávaða og mikilli næmni

Hánæm greining á fáum ljóseindum eða jafnvel einstökum ljóseindum hefur mikilvæga möguleika á notkun á sviðum eins og veikburða ljósmyndgreiningu, fjarkönnun og sjónmælingum og skammtafræðilegri samskiptum. Meðal þeirra hefur snjóflóðaljósnemi (APD) orðið mikilvæg stefna á sviði rannsókna á ljósfræðilegum tækjum vegna eiginleika hans eins og smæð, mikil afköst og auðveld samþætting. Merkis-til-suðhlutfallið (SNR) er mikilvægur mælikvarði á APD ljósnema, sem krefst mikils ávinnings og lágs dökkstraums. Rannsóknir á van der Waals tengipunktum tvívíðra (2D) efna sýna breiða möguleika í þróun afkastamikilla APD. Rannsakendur frá Kína völdu tvípóla tvívítt hálfleiðaraefni WSe₂ sem ljósnæmt efni og vandlega útbúið APD ljósnema með Pt/WSe₂/Ni uppbyggingu sem hefur bestu samsvörunarvinnufallið, til að leysa vandamálið með innbyggðan ávinningssuð sem hefðbundinn APD ljósnemi hefur.

Rannsóknarteymið lagði til snjóflóðaljósnema byggðan á Pt/WSe₂/Ni uppbyggingu, sem náði mjög næmri greiningu á afar veikum ljósmerkjum á fW stigi við stofuhita. Þeir völdu tvívítt hálfleiðaraefnið WSe₂, sem hefur framúrskarandi rafmagnseiginleika, og sameinuðu Pt og Ni rafskautsefni til að þróa nýja gerð snjóflóðaljósnema með góðum árangri. Með því að fínstilla nákvæmlega vinnufallssamsvörunina milli Pt, WSe₂ og Ni, var hannaður flutningskerfi sem getur á áhrifaríkan hátt lokað á dökka flutningsaðila en leyfir ljósmynduðum flutningsaðilum sértækt að fara í gegn. Þetta kerfi dregur verulega úr óhóflegu hávaða sem orsakast af jónun flutningsaðila við árekstur, sem gerir ljósnemanum kleift að ná mjög næmri sjónmerkjagreiningu við afar lágt hávaðastig.

Til að skýra betur hvers vegna snjóflóðið veldur áhrifum veikrar rafsviðs, mátu vísindamennirnir fyrst samhæfni innbyggðra vinnufalla ýmissa málma við WSe₂. Röð málm-hálfleiðara-málms (MSM) eininga með mismunandi málmrafskautum var smíðuð og viðeigandi prófanir gerðar á þeim. Þar að auki, með því að draga úr dreifingu burðarbylgna áður en snjóflóðið hefst, er hægt að draga úr handahófskenndri jónun við árekstra og þar með draga úr hávaða. Því voru viðeigandi prófanir gerðar. Til að sýna frekar fram á yfirburði Pt/WSe₂/Ni APD hvað varðar tímasvörun, mátu vísindamennirnir frekar -3 dB bandvídd tækisins við mismunandi ljósvirknisstyrkingargildi.

Niðurstöður tilraunanna sýna að Pt/WSe₂/Ni skynjarinn sýnir afar lágt suðjafngildisafl (NEP) við stofuhita, sem er aðeins 8,07 fW/√Hz. Þetta þýðir að skynjarinn getur greint afar veik ljósmerki. Að auki getur þetta tæki starfað stöðugt við mótunartíðni upp á 20 kHz með mikilli ávinningi upp á 5×10⁵, sem leysir með góðum árangri tæknilega flöskuháls hefðbundinna ljósorkuskynjara sem erfitt er að samræma mikinn ávinning og bandbreidd. Þessi eiginleiki er væntanlega til að veita honum verulega kosti í forritum sem krefjast mikils ávinnings og lágs suðs.

Þessi rannsókn sýnir fram á mikilvægi efnisverkfræði og hagræðingar á viðmóti við að auka afköstljósnemarMeð snjallri hönnun rafskauta og tvívíðra efna hefur verið náð fram skjöldunaráhrifum dökkra burðarbera, sem dregur verulega úr truflunum á hávaða og bætir enn frekar skilvirkni greiningar.

Afköst þessa skynjara endurspeglast ekki aðeins í ljósfræðilegum eiginleikum heldur hefur hann einnig víðtæka möguleika á notkun. Með skilvirkri hindrun á dökkum straumum við stofuhita og skilvirkri frásogi ljósmyndaðra flutningsaðila er þessi skynjari sérstaklega hentugur til að greina veik ljósmerki á sviðum eins og umhverfisvöktun, stjörnuathugunum og ljósfræðilegum samskiptum. Þessi rannsóknarafrek veitir ekki aðeins nýjar hugmyndir um þróun lágvíddarljósnema fyrir efni, heldur býður einnig upp á nýjar tilvísanir fyrir framtíðarrannsóknir og þróun á afkastamiklum og orkusparandi ljósfræðilegum tækjum.