Kigunduzi cha picha cha infrared chenye utendaji wa hali ya juu

Mwenye utendaji wa hali ya juu anayejiendeshakigunduzi cha picha cha infrared

infraredkigunduzi cha pichaIna sifa za uwezo mkubwa wa kuzuia kuingiliwa, uwezo mkubwa wa kutambua malengo, uendeshaji mzuri wakati wowote wa hali ya hewa na kujificha vizuri. Ina jukumu muhimu zaidi katika nyanja kama vile dawa, kijeshi, teknolojia ya anga za juu na uhandisi wa mazingira. Miongoni mwao, inajiendesha yenyeweugunduzi wa fotoelektriChipu ambayo inaweza kufanya kazi kwa kujitegemea bila usambazaji wa umeme wa ziada wa nje imevutia umakini mkubwa katika uwanja wa ugunduzi wa infrared kutokana na utendaji wake wa kipekee (kama vile uhuru wa nishati, unyeti wa juu na uthabiti, n.k.). Kwa upande mwingine, chipsi za kitamaduni za kugundua umeme wa picha, kama vile chipsi za infrared zinazotegemea silikoni au narrowbandgap semiconductor, hazihitaji tu volteji za ziada za upendeleo ili kuendesha utenganisho wa vibebaji vinavyotokana na picha ili kutoa mikondo ya picha, lakini pia zinahitaji mifumo ya ziada ya kupoeza ili kupunguza kelele ya joto na kuboresha mwitikio. Kwa hivyo, imekuwa vigumu kukidhi dhana na mahitaji mapya ya kizazi kijacho cha chipsi za kugundua infrared katika siku zijazo, kama vile matumizi ya chini ya nguvu, ukubwa mdogo, gharama ya chini na utendaji wa juu.

Hivi majuzi, timu za utafiti kutoka Uchina na Uswidi zimependekeza chipu mpya ya kugundua umeme wa foto-heterojunction inayojiendesha yenyewe yenye mawimbi mafupi ya infrared (SWIR) kulingana na filamu/aluminamu/siliconi ya graphene nanoribbon (GNR)/aluminamu/siliconi ya fuwele moja. Chini ya athari ya pamoja ya athari ya kuegemea kwa macho inayosababishwa na kiolesura kisicho cha kawaida na uwanja wa umeme uliojengewa ndani, chipu ilionyesha mwitikio wa hali ya juu sana na utendaji wa kugundua kwa volteji ya upendeleo sifuri. Chipu ya kugundua umeme wa foto-elektri ina kiwango cha mwitikio cha A hadi 75.3 A/W katika hali ya kujiendesha yenyewe, kiwango cha kugundua cha 7.5 × 10¹⁴ Jones, na ufanisi wa nje wa quantum karibu na 104%, ikiboresha utendaji wa kugundua aina moja ya chipu zinazotegemea silicon kwa rekodi ya ukubwa wa 7. Kwa kuongezea, chini ya hali ya kawaida ya kuendesha, kiwango cha mwitikio wa chipu, kiwango cha kugundua, na ufanisi wa nje wa quantum zote ni za juu kama 843 A/W, 10¹⁵ Jones, na 105% mtawalia, zote ambazo ni thamani za juu zaidi zilizoripotiwa katika utafiti wa sasa. Wakati huo huo, utafiti huu pia ulionyesha matumizi halisi ya chipu ya kugundua umeme wa picha katika nyanja za mawasiliano ya macho na upigaji picha wa infrared, ikiangazia uwezo wake mkubwa wa matumizi.

Ili kusoma kimfumo utendaji wa kipima mwanga wa kipima mwanga wa kifaa cha kugundua mwanga kulingana na siliconi ya fuwele moja ya graphene nanoribhoni /Al₂O₃/, watafiti walijaribu majibu yake tuli (mkondo wa volteji ya sasa) na majibu yake ya sifa zinazobadilika (mkondo wa wakati wa sasa). Ili kutathmini kimfumo sifa za mwitikio wa macho wa kipima mwanga cha graphene nanoribhoni /Al₂O₃/ monocrystalline silicon heterostructure chini ya volteji tofauti za upendeleo, watafiti walipima mwitikio wa mkondo unaobadilika wa kifaa katika upendeleo wa 0 V, -1 V, -3 V na -5 V, na msongamano wa nguvu ya macho wa 8.15 μW/cm². Mkondo wa mwanga huongezeka kwa upendeleo wa kinyume na huonyesha kasi ya mwitikio wa haraka katika volteji zote za upendeleo.

Hatimaye, watafiti walibuni mfumo wa upigaji picha na kufanikiwa kupata upigaji picha wa infrared ya mawimbi mafupi kwa nguvu zao wenyewe. Mfumo hufanya kazi chini ya upendeleo sifuri na hauna matumizi ya nishati hata kidogo. Uwezo wa upigaji picha wa kigunduzi cha picha ulitathminiwa kwa kutumia barakoa nyeusi yenye muundo wa herufi "T" (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1).

Kwa kumalizia, utafiti huu ulifanikiwa kutengeneza vigunduzi vya picha vinavyojiendesha vyenyewe kulingana na riboni za graphene na kufikia kiwango cha juu cha mwitikio kinachovunja rekodi. Wakati huo huo, watafiti walionyesha kwa mafanikio uwezo wa mawasiliano na upigaji picha wa hiikigunduzi cha picha kinachoitikia vyemaMafanikio haya ya utafiti hayatoi tu mbinu ya vitendo kwa ajili ya ukuzaji wa nanoriboni za graphene na vifaa vya optoelectronic vinavyotegemea silikoni, lakini pia yanaonyesha utendaji wao bora kama vigunduzi vya picha vya infrared vya mawimbi mafupi vinavyojiendesha vyenyewe.