Fotodetector de avalanchas infrarrojo de umbral bajo

Infrarrojos de umbral bajofotodetector de avalanchas

El fotodetector de avalanchas infrarrojo (Fotodetector APD) es una clase dedispositivos fotoeléctricos semiconductoresQue producen una alta ganancia mediante el efecto de ionización por colisión, lo que permite detectar pocos fotones o incluso fotones individuales. Sin embargo, en las estructuras de fotodetectores APD convencionales, el proceso de dispersión de portadores en desequilibrio provoca pérdida de energía, por lo que el voltaje umbral de avalancha suele necesitar alcanzar entre 50 y 200 V. Esto impone mayores exigencias al voltaje de control del dispositivo y al diseño del circuito de lectura, lo que incrementa los costos y limita su aplicación en aplicaciones más amplias.

Recientemente, la investigación china ha propuesto una nueva estructura de detector de avalancha de infrarrojo cercano con bajo voltaje de umbral de avalancha y alta sensibilidad. Basado en la homojunción autodopante de la capa atómica, el fotodetector de avalancha resuelve la dispersión dañina inducida por el estado de defecto de la interfaz que es inevitable en la heterojunción. Mientras tanto, el fuerte campo eléctrico local "pico" inducido por la ruptura de la simetría de traslación se utiliza para mejorar la interacción de Coulomb entre portadores, suprimir la dispersión dominada por el modo fonónico fuera del plano y lograr una alta eficiencia de duplicación de portadores de no equilibrio. A temperatura ambiente, la energía de umbral está cerca del límite teórico Eg (Eg es la brecha de banda del semiconductor) y la sensibilidad de detección del detector de avalancha de infrarrojos es de hasta 10000 niveles de fotones.

Este estudio se basa en la homojunción de diseleniuro de tungsteno autodopado (WSe₂) (calcogenuro de metal de transición bidimensional, TMD) en capas atómicas como medio de ganancia para avalanchas de portadores de carga. La ruptura de la simetría traslacional espacial se logra mediante el diseño de una mutación escalonada topográfica para inducir un intenso campo eléctrico local de "pico" en la interfaz de la homojunción mutante.

Además, el espesor atómico puede suprimir el mecanismo de dispersión dominado por el modo fonónico y realizar el proceso de aceleración y multiplicación del portador en desequilibrio con pérdidas muy bajas. Esto acerca la energía umbral de avalancha a temperatura ambiente al límite teórico, es decir, la banda prohibida del material semiconductor (Eg). El voltaje umbral de avalancha se redujo de 50 V a 1,6 V, lo que permitió a los investigadores utilizar circuitos digitales de bajo voltaje avanzados para controlar la avalancha.fotodetectorAsí como diodos y transistores de control. Este estudio logra la conversión y utilización eficiente de la energía portadora en desequilibrio mediante el diseño de un efecto multiplicador de avalanchas de bajo umbral, lo que ofrece una nueva perspectiva para el desarrollo de la próxima generación de tecnología de detección infrarroja de avalanchas de alta sensibilidad, bajo umbral y alta ganancia.