Nuovofotorivelatore ad alta sensibilità
Recentemente, un team di ricerca dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) basato su materiali di ossido di gallio policristallino ricco di gallio (PGR-GaOX) ha proposto per la prima volta una nuova strategia di progettazione per alta sensibilità e alta velocità di rispostafotorivelatoreattraverso effetti piroelettrici e fotoconduttivi accoppiati all'interfaccia, e la relativa ricerca è stata pubblicata su Advanced Materials. Alta energiarivelatori fotoelettrici(per le bande dall'ultravioletto profondo (DUV) ai raggi X) sono fondamentali in una varietà di settori, tra cui la sicurezza nazionale, la medicina e la scienza industriale.
Tuttavia, gli attuali materiali semiconduttori come Si e α-Se presentano problemi di elevata corrente di dispersione e basso coefficiente di assorbimento dei raggi X, il che rende difficile soddisfare le esigenze di rilevamento ad alte prestazioni. Al contrario, i materiali semiconduttori a banda proibita ampia (WBG) a base di ossido di gallio mostrano un grande potenziale per il rilevamento fotoelettrico ad alta energia. Tuttavia, a causa dell'inevitabile presenza di trappole a livelli profondi sul lato del materiale e della mancanza di una progettazione efficace della struttura del dispositivo, risulta difficile realizzare fotorivelatori ad alta energia ad alta sensibilità e velocità di risposta elevate basati su semiconduttori a banda proibita ampia. Per affrontare queste sfide, un gruppo 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 fino a 10⁴ A/W e 10⁵ μC × Gyair⁻¹/cm², rispettivamente, 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 svuotamento PGR-GaOX può aumentare la velocità di risposta del rivelatore di 10⁵ volte, portandola 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 operare in modalità di polarizzazione, dove il guadagno dipende fortemente dalla tensione di polarizzazione e un guadagno ultra-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 GaOX è un promettentefotorivelatore ad alta energianon solo fornisce materiale, ma offre anche una nuova strategia per la realizzazione di fotorivelatori ad alta energia e ad alte prestazioni.
Data di pubblicazione: 10 settembre 2024