Autoguidata ad alte prestazionifotorilevatore a infrarossi
infrarossifotodiodoPresenta le seguenti caratteristiche: forte 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 veicolo 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 rilevazione fotoelettrica, come i chip a infrarossi basati su semiconduttori a banda stretta o al silicio, non solo richiedono tensioni di polarizzazione aggiuntive per pilotare la separazione dei portatori fotogenerati e generare 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 rilevazione a infrarossi, come il basso consumo energetico, le dimensioni ridotte, il basso costo e le alte prestazioni.
Recentemente, team di ricerca cinesi e svedesi hanno proposto un nuovo chip di rilevamento fotoelettrico a infrarossi a onde corte (SWIR) autoalimentato a eterogiunzione pin, 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, un record. Inoltre, in modalità di pilotaggio convenzionale, la velocità di risposta, la velocità di rilevamento e l'efficienza quantica esterna del chip raggiungono rispettivamente 843 A/W, 10¹⁵ Jones e 105%, tutti valori ai massimi 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 fotodiodo 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 fotodiodo a eterostruttura in 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 rapida velocità di risposta 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 pattern a "T" (come mostrato in Figura 1).
In conclusione, questa ricerca ha prodotto con successo fotodetectori 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 fotodetectori a infrarossi a onde corte autoalimentati.
Data di pubblicazione: 28 aprile 2025