גלאי פוטו אינפרא אדום בעל ביצועים גבוהים המונע על ידי עצמו

הנעה עצמית בעלת ביצועים גבוהיםגלאי פוטו אינפרא אדום

אינפרא אדוםגלאי אורבעל מאפיינים של יכולת חזקה נגד הפרעות, יכולת חזקה לזיהוי מטרות, פעולה בכל מזג אוויר והסתרה טובה. הוא ממלא תפקיד חשוב יותר ויותר בתחומים כמו רפואה, צבא, טכנולוגיית חלל והנדסה סביבתית. ביניהם, הנעה עצמיתגילוי פוטואלקטרישבב שיכול לפעול באופן עצמאי ללא ספק כוח חיצוני נוסף משך תשומת לב רבה בתחום גילוי אינפרא אדום בשל ביצועיו הייחודיים (כגון עצמאות אנרגטית, רגישות ויציבות גבוהות וכו'). לעומת זאת, שבבי גילוי פוטואלקטריים מסורתיים, כגון שבבי אינפרא אדום מבוססי סיליקון או שבבי מוליכים למחצה בעלי פער פס צר, לא רק דורשים מתחי הטיה נוספים כדי להניע את הפרדת הנושאים הפוטואלקטריים לייצור זרמים פוטואלקטריים, אלא גם זקוקים למערכות קירור נוספות כדי להפחית רעש תרמי ולשפר את התגובה. לכן, קשה לעמוד במושגים ובדרישות החדשות של הדור הבא של שבבי גילוי אינפרא אדום בעתיד, כגון צריכת חשמל נמוכה, גודל קטן, עלות נמוכה וביצועים גבוהים.

לאחרונה, צוותי מחקר מסין ושבדיה הציעו שבב חדש לגילוי פוטואלקטרי חדשני בעל הנעה עצמית של אינפרא אדום קצר גל (SWIR) באמצעות צומת פינים הטרוגל, המבוסס על סרטי גרפן ננו-סרט (GNR)/אלומינה/סיליקון גביש יחיד. תחת ההשפעה המשולבת של אפקט השער האופטי המופעל על ידי הממשק ההטרוגני והשדה החשמלי המובנה, השבב הדגים ביצועי תגובה וגילוי גבוהים במיוחד במתח הטיה אפס. לשבב הגילוי הפוטואלקטרי קצב תגובה גבוה של 75.3 A/W במצב הנעה עצמית, קצב גילוי של 7.5 × 10¹⁴ ג'ונס, ויעילות קוונטית חיצונית קרובה ל-104%, מה שמשפר את ביצועי הגילוי של אותו סוג של שבבים מבוססי סיליקון בשיא של 7 סדרי גודל. בנוסף, במצב הנעה קונבנציונלי, קצב התגובה, קצב הגילוי ויעילות הקוונטית החיצונית של השבב גבוהים כולם עד 843 A/W, 10¹⁵ ג'ונס ו-105% בהתאמה, כולם הערכים הגבוהים ביותר שדווחו במחקר הנוכחי. בינתיים, מחקר זה הדגים גם את היישום בעולם האמיתי של שבב הגילוי הפוטואלקטרי בתחומי התקשורת האופטית וההדמיה האינפרא אדום, תוך הדגשת הפוטנציאל היישומי העצום שלו.

על מנת לחקור באופן שיטתי את הביצועים הפוטואלקטריים של גלאי הפוטואלקטרי המבוסס על סרטי גרפן ננומטריים /Al₂O₃/ סיליקון גבישי יחיד, החוקרים בדקו את התגובות האופייניות הסטטיות (עקומת זרם-מתח) והדינמיות (עקומת זרם-זמן) שלו. כדי להעריך באופן שיטתי את מאפייני התגובה האופטית של גלאי הפוטומטריים ההטרוסטרוקטורלי של סרט גרפן ננומטריים /Al₂O₃/ סיליקון חד-גבישי תחת מתחי הטיה שונים, החוקרים מדדו את תגובת הזרם הדינמית של המכשיר בהטיות של 0 וולט, -1 וולט, -3 וולט ו- -5 וולט, עם צפיפות הספק אופטית של 8.15 מיקרו-וואט/סמ"ר. הזרם הפוטואלקטרי עולה עם ההטיה ההפוכה ומראה מהירות תגובה מהירה בכל מתחי ההטיה.

לבסוף, החוקרים יצרו מערכת הדמיה והשיגו בהצלחה הדמיה עצמאית של אינפרא אדום בגלים קצרים. המערכת פועלת תחת אפס הטיה ואינה צורכת כלל אנרגיה. יכולת ההדמיה של גלאי הפוטואלקטרי הוערכה באמצעות מסכה שחורה עם דוגמת האות "T" (כפי שמוצג באיור 1).

לסיכום, מחקר זה ייצר בהצלחה גלאי פוטו בעלי הפעלה עצמית המבוססים על ננו-סרטים של גרפן והשיג שיעור תגובה גבוה שובר שיאים. במקביל, החוקרים הדגימו בהצלחה את יכולות התקשורת האופטית וההדמיה של גלאי זה.גלאי פוטו בעל תגובה גבוהההישג מחקר זה לא רק מספק גישה מעשית לפיתוח ננו-סרטים מגרפן והתקנים אופטואלקטרוניים מבוססי סיליקון, אלא גם מדגים את ביצועיהם המצוינים כגלאי פוטו אינפרא אדום בעלי אנרגיה עצמית בגלים קצרים.