Nuevo fotodetector de alta sensibilidad

Nuevofotodetector de alta sensibilidad

Recientemente, un equipo de investigación de la Academia China de Ciencias (CAS), basado en materiales de óxido de galio ricos en galio policristalino (PGR-GaOX), propuso por primera vez una nueva estrategia de diseño para alta sensibilidad y alta velocidad de respuesta.fotodetectora través de efectos piroeléctricos y fotoconductivos de interfaz acoplados, y la investigación relevante se publicó en Advanced Materials. Alta energíadetectores fotoeléctricos(para las bandas de ultravioleta profundo (DUV) a rayos X) son fundamentales en diversos campos, como 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 su uso para la detección de alto rendimiento. En contraste, los 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 rápida 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. Mediante el acoplamiento del efecto piroeléctrico de la interfaz con el efecto fotoconductivo, 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 de PGR-GaOX, puede aumentar la velocidad de respuesta del detector hasta 0,1 ms en 10⁵ veces. 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, PPD puede operar en modo de polarización, donde la ganancia depende en gran medida del voltaje de polarización, y se puede lograr una ganancia ultra alta aumentando dicho voltaje. PPD tiene un gran potencial de aplicación en sistemas de mejora de imágenes de bajo consumo energético y alta sensibilidad. Este trabajo no solo demuestra que GaOX es un material prometedor.fotodetector de alta energíano solo es un material, sino que también proporciona una nueva estrategia para la fabricación de fotodetectores de alta energía y alto rendimiento.