Nuova ricerca sul fotodetector di valanghe a bassa dimensionalità
Il rilevamento ad alta sensibilità di tecnologie a pochi fotoni o addirittura a fotoni singoli offre significative prospettive applicative in campi come l'imaging a bassa luminosità, il telerilevamento e la telemetria, nonché la comunicazione quantistica. Tra questi, i fotorivelatori a valanga (APD) sono diventati una direzione importante nel campo della ricerca sui dispositivi optoelettronici grazie alle loro dimensioni ridotte, all'elevata efficienza e alla facile integrazione. Il rapporto segnale/rumore (SNR) è un indicatore importante dei fotorivelatori APD, che richiedono un guadagno elevato e una bassa corrente di buio. La ricerca sulle eterogiunzioni di van der Waals bidimensionali (2D) mostra ampie prospettive nello sviluppo di APD ad alte prestazioni. Ricercatori cinesi hanno selezionato il materiale semiconduttore bipolare bidimensionale WSe₂ come materiale fotosensibile e hanno preparato con cura la struttura Pt/WSe₂/Ni.Fotorilevatore APDcon la migliore funzione di lavoro corrispondente per risolvere il problema del rumore di guadagno intrinseco dell'APD tradizionale.
I ricercatori hanno proposto unfotodetector per valangheBasato sulla struttura Pt/WSe₂/Ni, consente di ottenere un rilevamento altamente sensibile di segnali luminosi estremamente deboli a livello di fW a temperatura ambiente. Hanno selezionato il materiale semiconduttore bidimensionale WSe₂, dotato di eccellenti proprietà elettriche, e lo hanno combinato con elettrodi in Pt e Ni per sviluppare con successo un nuovo tipo di fotorilevatore a valanga. Ottimizzando con precisione l'abbinamento della funzione di lavoro tra Pt, WSe₂ e Ni, è stato progettato un meccanismo di trasporto in grado di bloccare efficacemente i portatori oscuri, consentendo al contempo il passaggio selettivo dei portatori fotogenerati. Questo meccanismo riduce significativamente il rumore in eccesso causato dalla ionizzazione per impatto dei portatori, consentendo al fotorilevatore di ottenere un rilevamento del segnale ottico altamente sensibile a un livello di rumore estremamente basso.
Questo studio dimostra il ruolo cruciale dell'ingegneria dei materiali e dell'ottimizzazione dell'interfaccia nel migliorare le prestazioni difotorilevatoriGrazie all'ingegnosa progettazione di elettrodi e materiali bidimensionali, è stato ottenuto l'effetto schermante dei portatori oscuri, riducendo significativamente l'interferenza del rumore e migliorando ulteriormente l'efficienza di rilevamento. Le prestazioni di questo rivelatore non si riflettono solo nelle sue caratteristiche fotoelettriche, ma offrono anche ampie prospettive applicative. Grazie all'efficace blocco della corrente oscura a temperatura ambiente e all'efficiente assorbimento dei portatori fotogenerati, questo fotorilevatore è particolarmente adatto per il rilevamento di segnali luminosi deboli in campi come il monitoraggio ambientale, l'osservazione astronomica e le comunicazioni ottiche. Questo risultato di ricerca non solo fornisce nuove idee per lo sviluppo di fotorilevatori in materiali a bassa dimensionalità, ma offre anche nuovi riferimenti per la futura ricerca e sviluppo di dispositivi optoelettronici ad alte prestazioni e a basso consumo.
Data di pubblicazione: 27-08-2025