Autoguidata ad alte prestazionifotorilevatore a infrarossi
infrarossifotodiodoPresenta le seguenti caratteristiche: elevata capacità anti-interferenza, elevata capacità di riconoscimento del bersaglio, funzionamento in qualsiasi condizione atmosferica e buon occultamento. Sta svolgendo un ruolo sempre più importante in settori come la medicina, l'esercito, la tecnologia spaziale e l'ingegneria ambientale. Tra questi, il velivolo a guida autonomarilevamento fotoelettricoUn chip in grado di funzionare in modo indipendente senza un alimentatore esterno aggiuntivo ha attirato grande attenzione nel campo della rilevazione a infrarossi grazie alle sue prestazioni uniche (come l'indipendenza energetica, l'elevata sensibilità e stabilità, ecc.). Al contrario, i tradizionali chip di rilevamento fotoelettrico, come i chip a infrarossi basati su silicio o semiconduttori a banda stretta, non solo richiedono tensioni di polarizzazione aggiuntive per pilotare la separazione dei portatori fotogenerati per produrre fotocorrenti, ma necessitano anche di sistemi di raffreddamento aggiuntivi per ridurre il rumore termico e migliorare la reattività. Pertanto, è diventato difficile soddisfare i nuovi concetti e requisiti della prossima generazione di chip di rilevamento a infrarossi, come basso consumo energetico, dimensioni ridotte, basso costo e alte prestazioni.
Recentemente, team di ricerca provenienti da Cina e Svezia hanno proposto un nuovo chip di rilevamento fotoelettrico a infrarossi a onde corte (SWIR) con eterogiunzione a pin, autoalimentato, basato su film di nanonastri di grafene (GNR)/allumina/silicio monocristallino. Grazie all'effetto combinato dell'effetto di gate ottico innescato dall'interfaccia eterogenea e dal campo elettrico incorporato, il chip ha dimostrato prestazioni di risposta e rilevamento elevatissime a tensione di polarizzazione nulla. Il chip di rilevamento fotoelettrico ha un tasso di risposta A pari a 75,3 A/W in modalità autoalimentata, un tasso di rilevamento di 7,5 × 10¹⁴ Jones e un'efficienza quantica esterna prossima al 104%, migliorando le prestazioni di rilevamento dello stesso tipo di chip al silicio di ben 7 ordini di grandezza. Inoltre, in modalità di pilotaggio convenzionale, la velocità di risposta, la velocità di rilevamento e l'efficienza quantistica esterna del chip raggiungono rispettivamente 843 A/W, 10¹⁵ Jones e 105%, tutti valori tra i più elevati riportati nella ricerca attuale. Nel frattempo, questa ricerca ha anche dimostrato l'applicazione pratica del chip di rilevamento fotoelettrico nei campi della comunicazione ottica e dell'imaging a infrarossi, evidenziandone l'enorme potenziale applicativo.
Per studiare sistematicamente le prestazioni fotoelettriche del fotorilevatore basato su nanoribbon di grafene /Al₂O₃/ silicio monocristallino, i ricercatori ne hanno testato le risposte caratteristiche statiche (curva corrente-tensione) e dinamiche (curva corrente-tempo). Per valutare sistematicamente le caratteristiche di risposta ottica del fotorilevatore a eterostruttura di nanoribbon di grafene /Al₂O₃/ silicio monocristallino a diverse tensioni di polarizzazione, i ricercatori hanno misurato la risposta dinamica in corrente del dispositivo a polarizzazioni di 0 V, -1 V, -3 V e -5 V, con una densità di potenza ottica di 8,15 μW/cm². La fotocorrente aumenta con la polarizzazione inversa e mostra una velocità di risposta elevata a tutte le tensioni di polarizzazione.
Infine, i ricercatori hanno realizzato un sistema di imaging e ottenuto con successo l'imaging autoalimentato dell'infrarosso a onde corte. Il sistema funziona a polarizzazione zero e non consuma energia. La capacità di imaging del fotodiodo è stata valutata utilizzando una maschera nera con motivo a "T" (come mostrato in Figura 1).
In conclusione, questa ricerca ha prodotto con successo fotodetector autoalimentati basati su nanonastri di grafene e ha raggiunto un tasso di risposta record. Nel frattempo, i ricercatori hanno dimostrato con successo le capacità di comunicazione ottica e di imaging di questofotodiodo altamente reattivoQuesto risultato di ricerca non solo fornisce un approccio pratico per lo sviluppo di nanonastri di grafene e dispositivi optoelettronici a base di silicio, ma dimostra anche le loro eccellenti prestazioni come fotodetector a infrarossi a onde corte autoalimentati.
Data di pubblicazione: 28-04-2025