Fotodetector infrarrojo autónomo de alto rendimiento

Autoconducción de alto rendimientofotodetector infrarrojo

infrarrojofotodetectorSe caracteriza por su alta capacidad antiinterferente, su capacidad de reconocimiento de objetivos, su funcionamiento en cualquier condición climática y su buen ocultamiento. Desempeña un papel cada vez más importante en campos como la medicina, el ejército, la tecnología espacial y la ingeniería ambiental. Entre ellos, el vehículo autónomo...detección fotoeléctricaLos chips que pueden operar de forma independiente sin una fuente de alimentación externa adicional han atraído gran atención en el campo de la detección infrarroja debido a sus características únicas (como independencia energética, alta sensibilidad y estabilidad, etc.). Por el contrario, los chips de detección fotoeléctrica tradicionales, como los chips infrarrojos basados ​​en silicio o semiconductores de banda estrecha, no solo requieren voltajes de polarización adicionales para impulsar la separación de los portadores fotogenerados y producir fotocorrientes, sino que también requieren sistemas de refrigeración adicionales para reducir el ruido térmico y mejorar la capacidad de respuesta. Por lo tanto, se ha vuelto difícil cumplir con los nuevos conceptos y requisitos de la próxima generación de chips de detección infrarroja en el futuro, como bajo consumo de energía, tamaño compacto, bajo coste y alto rendimiento.

Recientemente, equipos de investigación de China y Suecia propusieron un novedoso chip de detección fotoeléctrica infrarroja de onda corta (SWIR) autocontrolado por heterojunción de pines, basado en películas de nanocintas de grafeno (GNR), alúmina y silicio monocristalino. Gracias al efecto combinado del efecto de puerta óptica activado por la interfaz heterogénea y el campo eléctrico integrado, el chip demostró una respuesta y un rendimiento de detección ultraaltos con un voltaje de polarización cero. El chip de detección fotoeléctrica presenta una tasa de respuesta de hasta 75,3 A/W en modo autocontrolado, una tasa de detección de 7,5 × 10¹⁴ Jones y una eficiencia cuántica externa cercana al 104%, lo que mejora el rendimiento de detección de chips del mismo tipo basados ​​en silicio en un récord de 7 órdenes de magnitud. Además, en el modo de accionamiento convencional, la tasa de respuesta, la tasa de detección y la eficiencia cuántica externa del chip alcanzan valores de 843 A/W, 10¹⁵ Jones y 105%, respectivamente, los valores más altos reportados en la investigación actual. Asimismo, esta investigación demostró la aplicación práctica del chip de detección fotoeléctrica en los campos de la comunicación óptica y la imagen infrarroja, destacando su enorme potencial.

Para estudiar sistemáticamente el rendimiento fotoeléctrico del fotodetector basado en nanocintas de grafeno/Al₂O₃/silicio monocristalino, los investigadores probaron sus respuestas estáticas (curva corriente-voltaje) y dinámicas (curva corriente-tiempo). Para evaluar sistemáticamente las características de respuesta óptica del fotodetector de heteroestructura de nanocintas de grafeno/Al₂O₃/silicio monocristalino bajo diferentes voltajes de polarización, los investigadores midieron la respuesta de corriente dinámica del dispositivo a polarizaciones de 0 V, -1 V, -3 V y -5 V, con una densidad de potencia óptica de 8,15 μW/cm². La fotocorriente aumenta con la polarización inversa y muestra una rápida velocidad de respuesta a todos los voltajes de polarización.

Finalmente, los investigadores fabricaron un sistema de imágenes y lograron obtener imágenes infrarrojas de onda corta con alimentación propia. El sistema opera con polarización cero y no consume energía. La capacidad de imagen del fotodetector se evaluó utilizando una máscara negra con el patrón de la letra "T" (como se muestra en la Figura 1).

En conclusión, esta investigación logró fabricar fotodetectores autoalimentados basados ​​en nanocintas de grafeno y logró una tasa de respuesta récord. Además, los investigadores demostraron con éxito las capacidades de comunicación óptica y captura de imágenes de este dispositivo.fotodetector de alta respuestaEste logro de investigación no solo proporciona un enfoque práctico para el desarrollo de nanocintas de grafeno y dispositivos optoelectrónicos basados ​​en silicio, sino que también demuestra su excelente desempeño como fotodetectores infrarrojos de onda corta autoalimentados.