Nueva investigación sobre fotodetectores de avalancha de baja dimensión
La detección de alta sensibilidad mediante tecnologías de pocos fotones o incluso de un solo fotón ofrece importantes perspectivas de aplicación en campos como la imagen con baja luminosidad, la teledetección y la telemetría, así como la comunicación cuántica. Entre ellas, los fotodetectores de avalancha (APD) se han convertido en una línea de investigación clave en el campo de los dispositivos optoelectrónicos debido a su pequeño tamaño, alta eficiencia y fácil integración. La relación señal/ruido (SNR) es un indicador importante del rendimiento de los fotodetectores APD, que requieren una alta ganancia y una baja corriente oscura. La investigación sobre heteroestructuras de van der Waals en materiales bidimensionales (2D) muestra un gran potencial para el desarrollo de APD de alto rendimiento. Investigadores chinos seleccionaron el semiconductor bipolar bidimensional WSe₂ como material fotosensible y prepararon cuidadosamente la estructura Pt/WSe₂/Ni.Fotodetector APDcon la función de trabajo que mejor se ajuste para resolver el problema inherente de ruido de ganancia de los APD tradicionales.
Los investigadores han propuesto unfotodetector de avalanchaBasándose en la estructura Pt/WSe₂/Ni, se logró la detección altamente sensible de señales de luz extremadamente débiles, del orden de los femtoohmios, a temperatura ambiente. Se seleccionó el material semiconductor bidimensional WSe₂, que posee excelentes propiedades eléctricas, y se combinó con electrodos de platino y níquel para desarrollar con éxito un nuevo tipo de fotodetector de avalancha. Mediante la optimización precisa de la función de trabajo entre el platino, el WSe₂ y el níquel, se diseñó un mecanismo de transporte capaz de bloquear eficazmente los portadores oscuros, permitiendo a la vez el paso selectivo de los portadores fotogenerados. Este mecanismo reduce significativamente el ruido excesivo causado por la ionización por impacto de portadores, lo que permite al fotodetector lograr una detección de señales ópticas altamente sensible con un nivel de ruido extremadamente bajo.
Este estudio demuestra el papel crucial de la ingeniería de materiales y la optimización de interfaces para mejorar el rendimiento defotodetectoresMediante un ingenioso diseño de electrodos y materiales bidimensionales, se logró el efecto de apantallamiento de portadores oscuros, reduciendo significativamente la interferencia de ruido y mejorando aún más la eficiencia de detección. El rendimiento de este detector no solo se refleja en sus características fotoeléctricas, sino que también presenta amplias perspectivas de aplicación. Gracias a su eficaz bloqueo de la corriente oscura a temperatura ambiente y a la eficiente absorción de portadores fotogenerados, este fotodetector resulta especialmente adecuado para la detección de señales luminosas débiles en campos como la monitorización ambiental, la observación astronómica y las comunicaciones ópticas. Este logro de investigación no solo aporta nuevas ideas para el desarrollo de fotodetectores de materiales de baja dimensionalidad, sino que también ofrece nuevas referencias para la futura investigación y el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento y bajo consumo.
Fecha de publicación: 27 de agosto de 2025