Kitambuzi cha picha cha infrared chenye utendaji wa juu

Utendaji wa juu wa kujitegemeainfrared photodetector

infraredkigundua pichaina sifa za uwezo mkubwa wa kuzuia kuingiliwa, uwezo dhabiti wa utambuzi wa shabaha, uendeshaji wa hali ya hewa yote na ufiche mzuri. Inachukua nafasi muhimu zaidi katika nyanja kama vile dawa, kijeshi, teknolojia ya anga na uhandisi wa mazingira. Miongoni mwao, wanaojiendesha wenyeweutambuzi wa umemechip ambayo inaweza kufanya kazi kwa kujitegemea bila ugavi wa ziada wa nishati ya nje imevutia tahadhari kubwa katika uwanja wa ugunduzi wa infrared kutokana na utendaji wake wa kipekee (kama vile uhuru wa nishati, unyeti wa juu na utulivu, nk.). Kinyume na hapo, chipsi za kitamaduni za kugundua umeme wa picha, kama vile chip za infrared zenye msingi wa silicon au ukanda mwembamba, hazihitaji tu viwango vya ziada vya upendeleo ili kuendesha utengano wa vichukuzi vilivyozalishwa kwa picha ili kuzalisha mikondo ya picha, lakini pia zinahitaji mifumo ya ziada ya kupoeza ili kupunguza kelele ya joto na kuboresha uitikiaji. Kwa hivyo, imekuwa vigumu kufikia dhana na mahitaji mapya ya kizazi kijacho cha chip za kugundua infrared katika siku zijazo, kama vile matumizi ya chini ya nishati, saizi ndogo, gharama ya chini na utendakazi wa juu.

Hivi majuzi, timu za watafiti kutoka Uchina na Uswidi zimependekeza chipu ya kugundua umeme ya mawimbi mafupi inayoendeshwa kwa kutumia mawimbi mafupi (SWIR) kulingana na filamu za graphene nanoribbon (GNR)/alumina/silicon moja ya fuwele. Chini ya athari ya pamoja ya athari ya upenyezaji wa macho inayosababishwa na kiolesura cha kiolesura tofauti na uga wa umeme uliojengewa ndani, chip ilionyesha utendaji wa juu wa mwitikio na ugunduzi kwa volteji sifuri ya upendeleo. Chipu ya kugundua umeme wa picha ina Kiwango cha mwitikio cha juu hadi 75.3 A/W katika hali ya kujiendesha, kiwango cha utambuzi cha 7.5 × 10¹⁴ Jones, na ufanisi wa kiwango cha nje unaokaribia 104%, ikiboresha utendaji wa utambuzi wa aina sawa za chips zinazotokana na silicon kwa rekodi ya maagizo 7 ya ukubwa. Zaidi ya hayo, chini ya hali ya kawaida ya uendeshaji, kasi ya majibu ya chip, kiwango cha ugunduzi, na ufanisi wa wingi wa nje zote ni za juu kama 843 A/W, 10¹⁵ Jones, na 105% mtawalia, zote hizo ni thamani za juu zaidi zilizoripotiwa katika utafiti wa sasa. Wakati huo huo, utafiti huu pia ulionyesha utumizi wa ulimwengu halisi wa chipu ya kugundua umeme wa picha katika nyanja za mawasiliano ya macho na upigaji picha wa infrared, ukiangazia uwezo wake mkubwa wa utumaji.

Ili kusoma kwa utaratibu utendakazi wa picha wa kigundua picha kulingana na graphene nanoribbons /Al₂O₃/ sililikoni ya fuwele moja, watafiti walijaribu tuli (curve-voltage Curve) na miitikio ya tabia inayobadilika (curve ya sasa). Ili kutathmini kwa utaratibu sifa za mwitikio wa macho za graphene nanoribbon /Al₂O₃/ kigunduzi cha muundo wa muundo wa silicon monocrystalline chini ya volti tofauti za upendeleo, watafiti walipima mwitikio wa sasa wa nguvu wa kifaa katika 0 V, -1 V, -3 V na -5 V upendeleo, kwa uzito wa macho wa μ.155 μ.15 cm. Mkondo wa picha huongezeka kwa upendeleo wa kinyume na huonyesha kasi ya majibu ya haraka katika viwango vyote vya upendeleo.

Hatimaye, watafiti walitengeneza mfumo wa kupiga picha na kufanikiwa kupata taswira ya kujiendesha yenyewe ya infrared ya mawimbi mafupi. Mfumo hufanya kazi chini ya upendeleo wa sifuri na hauna matumizi ya nishati hata kidogo. Uwezo wa kupiga picha wa kigundua picha ulitathminiwa kwa kutumia kinyago cheusi chenye muundo wa herufi "T" (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1).

Kwa kumalizia, utafiti huu ulifanikiwa kutengeneza vitambuaji picha vinavyojitegemea kulingana na nanoriboni za graphene na kufikia kiwango cha juu cha mwitikio cha kuvunja rekodi. Wakati huo huo, watafiti walionyesha kwa mafanikio mawasiliano ya macho na uwezo wa kufikiria wa hiisana msikivu photodetector. Mafanikio haya ya utafiti hayatoi tu mbinu ya vitendo kwa ajili ya ukuzaji wa nanoriboni za graphene na vifaa vya optoelectronic vinavyotokana na silicon, lakini pia huonyesha utendaji wao bora kama vitambuaji picha vya infrared vya mawimbi mafupi vinavyojiendesha.