Fotodetector infrarrojo autoalimentado de alto rendimiento

Vehículos autónomos de alto rendimientofotodetector infrarrojo

infrarrojofotodetectorPosee características como una fuerte capacidad antiinterferencias, una fuerte capacidad de reconocimiento de objetivos, funcionamiento en cualquier condición climática y un buen camuflaje. Está desempeñando un papel cada vez más importante en campos como la medicina, el ámbito militar, la tecnología espacial y la ingeniería ambiental. Entre ellos, el sistema autopropulsadodetección fotoeléctricaLos chips que pueden operar de forma independiente sin una fuente de alimentación externa adicional han atraído una gran atención en el campo de la detección infrarroja debido a su rendimiento único (como independencia energética, alta sensibilidad y estabilidad, etc.). En contraste, los chips de detección fotoeléctrica tradicionales, como los chips infrarrojos basados ​​en silicio o semiconductores de banda prohibida estrecha, no solo requieren voltajes de polarización adicionales para impulsar la separación de portadores fotogenerados y producir fotocorrientes, sino que también necesitan 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, como bajo consumo de energía, tamaño reducido, bajo costo y alto rendimiento.

Recientemente, equipos de investigación de China y Suecia propusieron un novedoso chip de detección fotoeléctrica de infrarrojo de onda corta (SWIR) autoalimentado con heteroestructura PIN, basado en películas de nanocintas de grafeno (GNR), alúmina y silicio monocristalino. Bajo el efecto combinado del efecto de compuerta óptica activado por la interfaz heterogénea y el campo eléctrico interno, el chip demostró un rendimiento de respuesta y detección ultraalto a voltaje de polarización cero. El chip de detección fotoeléctrica tiene una tasa de respuesta A de hasta 75,3 A/W en modo autoalimentado, una tasa de detección de 7,5 × 10¹⁴ Jones y una eficiencia cuántica externa cercana al 104 %, mejorando el rendimiento de detección de chips similares 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 los 843 A/W, 10¹⁵ Jones y 105 %, respectivamente, los valores más altos reportados en la investigación actual. Mientras tanto, esta investigación también demostró la aplicación práctica del chip de detección fotoeléctrica en los campos de la comunicación óptica y la imagen infrarroja, destacando su enorme potencial de aplicación.

Para estudiar sistemáticamente el rendimiento fotoeléctrico del fotodetector basado en nanocintas de grafeno/Al₂O₃/silicio monocristalino, los investigadores analizaron sus respuestas características 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 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 velocidad de respuesta rápida en todos los voltajes de polarización.

Finalmente, los investigadores fabricaron un sistema de imagen y lograron obtener imágenes autoalimentadas en el infrarrojo de onda corta. El sistema funciona sin polarización 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 fabricó con éxito fotodetectores autoalimentados basados ​​en nanocintas de grafeno y logró una tasa de respuesta récord. Mientras tanto, los investigadores demostraron con éxito las capacidades de comunicación óptica e imagen de estefotodetector 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 rendimiento como fotodetectores infrarrojos de onda corta autoalimentados.