Nueva investigación sobre fotodetectores de avalanchas de baja dimensión
La detección de alta sensibilidad de tecnologías de pocos fotones o incluso de fotón único ofrece importantes perspectivas de aplicación en campos como la imagenología en condiciones de baja luminosidad, la teledetección y la telemetría, así como en la comunicación cuántica. Entre ellos, los fotodetectores de avalancha (APD) se han convertido en una línea importante en la investigación de dispositivos optoelectrónicos gracias a su pequeño tamaño, alta eficiencia y fácil integración. La relación señal-ruido (SNR) es un indicador importante del fotodetector APD, que requiere alta ganancia y baja corriente oscura. La investigación sobre heterojunciones de van der Waals en materiales bidimensionales (2D) ofrece amplias perspectivas para el desarrollo de APD de alto rendimiento. Investigadores chinos seleccionaron el material semiconductor bipolar bidimensional WSe₂ como material fotosensible y prepararon cuidadosamente la estructura Pt/WSe₂/Ni.Fotodetector APDcon la mejor función de trabajo de adaptación para resolver el problema de ruido de ganancia inherente del APD tradicional.
Los investigadores han propuesto unafotodetector de avalanchasBasado en la estructura Pt/WSe₂/Ni, se logró una detección altamente sensible de señales luminosas extremadamente débiles en el nivel fW a temperatura ambiente. Se seleccionó el material semiconductor bidimensional WSe₂, con excelentes propiedades eléctricas, y se combinó con materiales de electrodos de Pt y Ni para desarrollar con éxito un nuevo tipo de fotodetector de avalancha. Mediante la optimización precisa de la correspondencia de la función de trabajo entre Pt, WSe₂ y Ni, se diseñó un mecanismo de transporte que puede bloquear eficazmente los portadores oscuros y, al mismo tiempo, permitir el paso selectivo de los portadores fotogenerados. Este mecanismo reduce significativamente el exceso de ruido 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 la interfaz para mejorar el rendimiento defotodetectoresGracias al ingenioso diseño de electrodos y materiales bidimensionales, se logró el efecto de apantallamiento de los 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 ofrece amplias posibilidades de aplicación. Gracias a su eficaz bloqueo de la corriente oscura a temperatura ambiente y la eficiente absorción de los portadores fotogenerados, este fotodetector es especialmente adecuado para la detección de señales luminosas débiles en campos como la monitorización ambiental, la observación astronómica y la comunicación óptica. Este logro de investigación no solo aporta nuevas ideas para el desarrollo de fotodetectores de materiales de baja dimensión, sino que también sienta nuevas bases para la investigación y el desarrollo futuros de dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento y bajo consumo.
Hora de publicación: 27 de agosto de 2025