Nuevo fotodetector de alta sensibilidad

Nuevo fotodetector de alta sensibilidad

Recientemente, un equipo de investigación de la Academia China de Ciencias (CAS) basado en materiales policristalinos de óxido de galio ricos en galio (PGR-GaOX) propuso por primera vez una nueva estrategia de diseño para un fotodetector de alta sensibilidad y alta velocidad de respuesta a través de una interfaz piroeléctrica acoplada. y efectos de fotoconductividad, y la investigación relevante se publicó en Advanced Materials. Los detectores fotoeléctricos de alta energía (para bandas de rayos ultravioleta profundo (DUV) y rayos X) son fundamentales en una variedad de campos, incluida la seguridad nacional, la medicina y las ciencias industriales.

Sin embargo, los materiales semiconductores actuales, como el Si y el α-Se, tienen el problema de una gran corriente de fuga y un bajo coeficiente de absorción de rayos X, lo que dificulta satisfacer las necesidades de detección de alto rendimiento. Por el contrario, los materiales semiconductores de óxido de galio de banda prohibida ancha (WBG) muestran un gran potencial para la detección fotoeléctrica de alta energía. Sin embargo, debido a la inevitable trampa de nivel profundo en el lado del material y la falta de un diseño efectivo en la estructura del dispositivo, es un desafío realizar detectores de fotones de alta sensibilidad y alta 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 acoplar el efecto piroeléctrico de la interfaz con el efecto de fotoconductividad, el rendimiento de detección mejora significativamente. PPD mostró una alta sensibilidad tanto a DUV como a rayos X, con tasas de respuesta de hasta 104A/W y 105μC×Gyair-1/cm2, respectivamente, más de 100 veces mayores que los detectores anteriores fabricados con materiales similares. Además, el efecto piroeléctrico de la interfaz causado por la simetría polar de la región de agotamiento de 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 producen mayores ganancias debido a los campos piroeléctricos durante el cambio de luz.

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