Nuovofotodiodo ad alta sensibilità
Recentemente, un team di ricerca dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) basato su materiali policristallini ricchi di ossido di gallio (PGR-GaOX) ha proposto per la prima volta una nuova strategia di progettazione per elevata sensibilità e elevata velocità di risposta.fotodiodoattraverso effetti piroelettrici e fotoconduttivi accoppiati all'interfaccia, e la ricerca pertinente è stata pubblicata su Advanced Materials. Ad alta energiarilevatori fotoelettrici(per le bande ultraviolette profonde (DUV) ai raggi X) sono fondamentali in numerosi campi, tra cui la sicurezza nazionale, la medicina e la scienza industriale.
Tuttavia, gli attuali materiali semiconduttori come Si e α-Se presentano il problema dell'elevata corrente di dispersione e del basso coefficiente di assorbimento dei raggi X, che rendono difficile soddisfare le esigenze di rilevamento ad alte prestazioni. Al contrario, i materiali semiconduttori a base di ossido di gallio a banda larga (WBG) mostrano un grande potenziale per il rilevamento fotoelettrico ad alta energia. Tuttavia, a causa dell'inevitabile trappola di livello profondo sul lato del materiale e della mancanza di una progettazione efficace della struttura del dispositivo, è difficile realizzare rivelatori di fotoni ad alta energia ad alta sensibilità e velocità di risposta basati su semiconduttori a banda larga. Per affrontare queste sfide, un team di ricerca in Cina ha progettato per la prima volta un diodo fotoconduttivo piroelettrico (PPD) basato su PGR-GaOX. Accoppiando l'effetto piroelettrico di interfaccia con l'effetto fotoconduttivo, le prestazioni di rilevamento risultano significativamente migliorate. Il PPD ha mostrato un'elevata sensibilità sia ai raggi DUV che ai raggi X, con velocità di risposta rispettivamente fino a 104 A/W e 105 μC×Gyair-1/cm2, oltre 100 volte superiori rispetto ai precedenti rivelatori realizzati con materiali simili. Inoltre, l'effetto piroelettrico di interfaccia causato dalla simmetria polare della regione di deplezione PGR-GaOX può aumentare la velocità di risposta del rivelatore di 105 volte, fino a 0,1 ms. Rispetto ai fotodiodi convenzionali, i PPDS in modalità autoalimentata producono guadagni maggiori grazie ai campi piroelettrici durante la commutazione della luce.
Inoltre, il PPD può funzionare in modalità di polarizzazione, dove il guadagno dipende fortemente dalla tensione di polarizzazione, e un guadagno estremamente elevato può essere ottenuto aumentando la tensione di polarizzazione. Il PPD ha un grande potenziale applicativo nei sistemi di miglioramento dell'immagine a basso consumo energetico e ad alta sensibilità. Questo lavoro non solo dimostra che il GaOX è un promettentefotodiodo ad alta energiamateriale, ma fornisce anche una nuova strategia per realizzare fotodetectori ad alte prestazioni e ad alta energia.
Data di pubblicazione: 10 settembre 2024