Nuevo fotodetector de alta sensibilidad

Nuevofotodetector de alta sensibilidad

Recientemente, un equipo de investigación de la Academia China de Ciencias (CAS), basándose en materiales de óxido de galio policristalino ricos en galio (PGR-GaOX), propuso por primera vez una nueva estrategia de diseño para lograr alta sensibilidad y alta velocidad de respuesta.fotodetectormediante efectos piroeléctricos y fotoconductivos acoplados en la interfaz, y la investigación pertinente se publicó en Advanced Materials. High-energydetectores fotoeléctricos(para las bandas ultravioleta profunda (DUV) a rayos X) son fundamentales en una variedad de campos, incluyendo la seguridad nacional, la medicina y la ciencia industrial.

Sin embargo, los materiales semiconductores actuales, como el Si y el α-Se, presentan problemas como una elevada corriente de fuga y un bajo coeficiente de absorción de rayos X, lo que dificulta satisfacer las necesidades de detección de alto rendimiento. En contraste, los materiales semiconductores de óxido de galio de banda prohibida ancha (WBG) muestran un gran potencial para la detección fotoeléctrica de alta energía. No obstante, debido a la inevitable presencia de trampas de nivel profundo en el material y a la falta de un diseño eficaz de la estructura del dispositivo, resulta complejo lograr detectores de fotones de alta energía con alta sensibilidad y velocidad de respuesta basados ​​en semiconductores de banda prohibida ancha. Para abordar estos desafíos, un equipo de investigación en China ha diseñado por primera vez un diodo fotoconductor piroeléctrico (PPD) basado en PGR-GaOX. Al combinar el efecto piroeléctrico interfacial con el efecto de fotoconductividad, se mejora significativamente el rendimiento de detección. El PPD mostró una alta sensibilidad tanto a la radiación ultravioleta profunda (DUV) como a los rayos X, con tasas de respuesta de hasta 10⁴ A/W y 10⁵ μC × Gyair⁻¹/cm², respectivamente, más de 100 veces superiores a las de detectores anteriores fabricados con materiales similares. Además, el efecto piroeléctrico de la interfaz, causado por la simetría polar de la región de agotamiento del PGR-GaOX, puede aumentar la velocidad de respuesta del detector 10⁵ veces, hasta 0,1 ms. En comparación con los fotodiodos convencionales, los PPDS en modo autoalimentado generan mayores ganancias debido a los campos piroeléctricos durante la conmutación de la luz.

Además, el PPD puede operar en modo de polarización, donde la ganancia depende en gran medida del voltaje de polarización, y se puede lograr una ganancia ultraalta aumentando dicho voltaje. El PPD tiene un gran potencial de aplicación en sistemas de mejora de imagen de alta sensibilidad y bajo consumo energético. Este trabajo no solo demuestra que el GaOX es un material prometedor.fotodetector de alta energíamaterial, pero también proporciona una nueva estrategia para lograr fotodetectores de alta energía y alto rendimiento.