Kigunduzi cha picha ya maporomoko ya theluji yenye sura mbili-mbili

Bipolar mbili-dimensionalkigundua picha cha theluji

Kigunduzi cha picha ya maporomoko ya theluji yenye sura mbili-mbili (bipolar)Kitambuzi cha picha cha APD) hufanikisha kelele ya chini kabisa na ugunduzi wa unyeti wa hali ya juu

Ugunduzi wa unyeti wa hali ya juu wa fotoni chache au hata fotoni moja una matarajio muhimu ya matumizi katika nyanja kama vile upigaji picha hafifu wa mwanga, hisi za mbali na telemetry, na mawasiliano ya kiasi. Miongoni mwao, avalanche photodetector (APD) imekuwa mwelekeo muhimu katika uwanja wa utafiti wa kifaa cha optoelectronic kutokana na sifa zake za ukubwa mdogo, ufanisi wa juu na ushirikiano rahisi. Uwiano wa signal-to-noise (SNR) ni kiashiria muhimu cha photodetector ya APD, ambayo inahitaji faida kubwa na sasa ya giza ya chini. Utafiti kuhusu miunganisho ya van der Waals ya nyenzo zenye mwelekeo-mbili (2D) unaonyesha matarajio mapana katika uundaji wa APD za utendaji wa juu. Watafiti kutoka Uchina walichagua nyenzo za semiconductor zenye sura mbili-mbili WSe₂ kama nyenzo inayosikika na kutayarisha kwa ustadi kigunduzi cha picha cha APD chenye muundo wa Pt/WSe₂/Ni ambao una kazi bora zaidi inayolingana, ili kutatua tatizo la asili la kupata kelele la kigunduzi cha jadi cha APD.

Timu ya utafiti ilipendekeza kifaa cha kutambua maporomoko ya theluji kulingana na muundo wa Pt/WSe₂/Ni, ambacho kilipata ugunduzi nyeti sana wa mawimbi dhaifu ya mwanga katika kiwango cha fW kwenye joto la kawaida. Walichagua nyenzo za nusu-dimensional za semiconductor WSe₂, ambayo ina sifa bora za umeme, na walichanganya vifaa vya elektrodi vya Pt na Ni ili kuunda kwa mafanikio aina mpya ya kigundua maporomoko ya theluji. Kwa kuboresha kwa usahihi utendakazi wa kazi unaolingana kati ya Pt, WSe₂ na Ni, utaratibu wa usafiri uliundwa ambao unaweza kuzuia watoa huduma wa giza huku ukiruhusu kwa kuchagua vichukuzi vilivyozalishwa kwa picha kupita. Utaratibu huu hupunguza kwa kiasi kikubwa kelele nyingi zinazosababishwa na ioni ya mtoa huduma, kuwezesha kigundua picha kufikia utambuzi wa mawimbi nyeti sana kwa kiwango cha chini sana cha kelele.

Kisha, ili kufafanua utaratibu ulio nyuma ya athari ya banguko iliyochochewa na uwanja dhaifu wa umeme, watafiti hapo awali walitathmini utangamano wa kazi asilia za metali mbalimbali na WSe₂. Mfululizo wa vifaa vya metal-semiconductor-metal (MSM) vilivyo na elektroni tofauti za chuma vilitengenezwa na vipimo muhimu vilifanywa juu yao. Kwa kuongeza, kwa kupunguza kutawanyika kwa carrier kabla ya banguko kuanza, randomness ya ionization ya athari inaweza kupunguzwa, na hivyo kupunguza kelele. Kwa hiyo, majaribio husika yalifanyika. Ili kuonyesha zaidi ubora wa Pt/WSe₂/Ni APD kulingana na sifa za mwitikio wa wakati, watafiti walitathmini zaidi kipimo data cha -3 dB cha kifaa chini ya thamani tofauti za kupata umeme wa picha.

Matokeo ya majaribio yanaonyesha kuwa kigunduzi cha Pt/WSe₂/Ni kinaonyesha nishati inayolingana na kelele ya chini sana (NEP) kwenye halijoto ya kawaida, ambayo ni 8.07 fW/√Hz pekee. Hii ina maana kwamba detector inaweza kutambua ishara dhaifu sana za macho. Kwa kuongeza, kifaa hiki kinaweza kufanya kazi kwa utulivu kwa mzunguko wa modulation wa 20 kHz na faida kubwa ya 5 × 10⁵, kutatua kwa ufanisi kizuizi cha kiufundi cha detectors za jadi za photovoltaic ambazo ni vigumu kusawazisha faida ya juu na bandwidth. Kipengele hiki kinatarajiwa kukipatia manufaa makubwa katika programu zinazohitaji faida kubwa na kelele ya chini.

Utafiti huu unaonyesha jukumu muhimu la uhandisi wa nyenzo na uboreshaji wa kiolesura katika kuboresha utendaji wavigunduzi vya picha. Kupitia muundo wa busara wa elektroni na vifaa vya pande mbili, athari ya kukinga ya wabebaji wa giza imepatikana, kwa kiasi kikubwa kupunguza kuingiliwa kwa kelele na kuboresha zaidi ufanisi wa kugundua.

Utendaji wa detector hii hauonyeshwa tu katika sifa za photoelectric, lakini pia ina matarajio makubwa ya maombi. Kwa uzuiaji wake mzuri wa mkondo wa giza kwenye joto la kawaida na ufyonzwaji mzuri wa vibebaji vilivyotengenezwa kwa picha, kigunduzi hiki kinafaa hasa kwa ajili ya kutambua mawimbi hafifu ya mwanga katika nyanja kama vile ufuatiliaji wa mazingira, uchunguzi wa anga na mawasiliano ya macho. Mafanikio haya ya utafiti hayatoi tu mawazo mapya kwa ajili ya uundaji wa vitambua picha vya nyenzo zenye mwelekeo wa chini, lakini pia hutoa marejeleo mapya kwa ajili ya utafiti wa siku zijazo na uundaji wa vifaa vya utendaji wa juu na vya chini vya nguvu vya optoelectronic.