גלאי פוטו-אינפרא אדום בעל סף נמוך

אינפרא אדום סף נמוךגלאי פוטו של מפולת שלגים

גלאי פוטו אינפרא אדום של מפולת שלגים (גלאי פוטו APD) הוא סוג שלהתקנים פוטואלקטריים מוליכים למחצהשמייצרים הגבר גבוה באמצעות אפקט יינון התנגשות, כדי להשיג את יכולת הגילוי של פוטונים מעטים או אפילו פוטונים בודדים. עם זאת, במבני גלאי פוטו APD קונבנציונליים, תהליך פיזור נושאי מטען שאינו בשיווי משקל מוביל לאובדן אנרגיה, כך שמתח סף המפולת בדרך כלל צריך להגיע ל-50-200 וולט. זה מציב דרישות גבוהות יותר למתח ההינע ולתכנון מעגל הקריאה של המכשיר, מה שמגדיל את העלויות ומגביל יישומים רחבים יותר.

לאחרונה, מחקר סיני הציע מבנה חדש של גלאי מפולת אינפרא אדום קרוב עם מתח סף מפולת נמוך ורגישות גבוהה. בהתבסס על הומוצונקציה עצמית של השכבה האטומית, גלאי הפוטואלקטרי של מפולת פותר את הפיזור המזיק הנגרם על ידי מצב פגם בממשק, שהוא בלתי נמנע בהטרוצונקציה. בינתיים, השדה החשמלי המקומי החזק "שיא" הנגרם על ידי שבירת סימטריית תרגום משמש לשיפור האינטראקציה של קולומב בין נושאי גלים, לדכא את הפיזור הנשלט על ידי מצב פונון מחוץ למישור, ולהשיג יעילות הכפלה גבוהה של נושאי גלים שאינם בשיווי משקל. בטמפרטורת החדר, אנרגיית הסף קרובה לגבול התיאורטי Eg (Eg הוא פער הפסים של מוליך למחצה) ורגישות הגילוי של גלאי מפולת האינפרא אדום היא עד רמת 10000 פוטונים.

מחקר זה מבוסס על הומוצונקציה של טונגסטן דיסלניד (WSe₂) מסומם עצמית בשכבת אטום (כלקוגניד מתכת מעבר דו-ממדי, TMD) כמדיום הגבר למפולות של נושאי מטען. שבירת הסימטריה התרגומית המרחבית מושגת על ידי תכנון מוטציה בשלבי טופוגרפיה כדי לגרום לשדה חשמלי "ספייק" מקומי חזק בממשק ההומוצונקציה המוטנטית.

בנוסף, עובי האטום יכול לדכא את מנגנון הפיזור הנשלט על ידי מצב הפונונים, ולממש את תהליך ההאצה והכפל של נושא נושא שאינו בשיווי משקל עם הפסדים נמוכים מאוד. זה מקרב את אנרגיית סף המפולת בטמפרטורת החדר לגבול התיאורטי, כלומר פער הפס של חומר המוליך למחצה, למשל. מתח סף המפולת הופחת מ-50 וולט ל-1.6 וולט, מה שאפשר לחוקרים להשתמש במעגלים דיגיטליים בוגרים במתח נמוך כדי להניע את המפולת.גלאי אורכמו גם דיודות וטרנזיסטורים הנעים. מחקר זה מממש את ההמרה והניצול היעילים של אנרגיית נושא שאינה בשיווי משקל באמצעות תכנון של אפקט כפל מפולת שלגים בעל סף נמוך, המספק פרספקטיבה חדשה לפיתוח הדור הבא של טכנולוגיית גילוי אינפרא אדום של מפולת שלגים רגישה ביותר, בעלת סף נמוך והגבר גבוה.