גלאי פוטו חדש בעל רגישות גבוהה

חָדָשׁגלאי פוטו בעל רגישות גבוהה

לאחרונה, צוות מחקר באקדמיה הסינית למדעים (CAS), המבוסס על חומרי תחמוצת גליום עשירים בגליום רב-קריסטליים (PGR-GaOX), הציע לראשונה אסטרטגיית תכנון חדשה לרגישות גבוהה ומהירות תגובה גבוהה.גלאי אורבאמצעות אפקטים פירואלקטריים ופוטומוליכות מצומדים בממשקים, והמחקר הרלוונטי פורסם ב-Advanced Materials. אנרגיה גבוההגלאים פוטואלקטריים(עבור קרינה אולטרה סגולה עמוקה (DUV) ועד לפסי קרני רנטגן) הם קריטיים במגוון תחומים, כולל ביטחון לאומי, רפואה ומדעי התעשייה.

עם זאת, חומרי מוליכים למחצה הנוכחיים כמו Si ו-α-Se סובלים מבעיות של זרם דליפה גדול ומקדם ספיגת קרני רנטגן נמוך, דבר שקשה לענות על הצרכים של גילוי בעל ביצועים גבוהים. לעומת זאת, חומרי גליום אוקסיד מוליכים למחצה בעלי פער פס רחב (WBG) מראים פוטנציאל גדול לגילוי פוטואלקטרי בעל אנרגיה גבוהה. עם זאת, בשל מלכודת העומק הבלתי נמנעת בצד החומר וחוסר תכנון יעיל במבנה המכשיר, מאתגר לממש גלאי פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה בעלי רגישות גבוהה ומהירות תגובה גבוהה המבוססים על מוליכים למחצה בעלי פער פס רחב. כדי להתמודד עם אתגרים אלה, צוות מחקר בסין תכנן לראשונה דיודה פוטו-מוליכה פירואלקטרית (PPD) המבוססת על PGR-GaOX. על ידי חיבור האפקט הפירואלקטרי של הממשק עם אפקט הפוטו-מוליכות, ביצועי הגילוי משופרים משמעותית. PPD הראה רגישות גבוהה הן ל-DUV והן לקרני רנטגן, עם שיעורי תגובה של עד 104A/W ו-105μC×Gyair-1/cm2, בהתאמה, גבוה פי 100 יותר מגלאים קודמים העשויים מחומרים דומים. בנוסף, האפקט הפירואלקטרי של הממשק הנגרם על ידי הסימטריה הקוטבית של אזור הדלדול PGR-GaOX יכול להגדיל את מהירות התגובה של הגלאי פי 105 ל-0.1ms. בהשוואה לפוטודיודות קונבנציונליות, PPDS במצב הנעה עצמית מייצרים הגבר גבוה יותר עקב שדות פירואלקטריים במהלך מיתוג אור.

בנוסף, PPD יכול לפעול במצב הטיה, שבו ההגבר תלוי מאוד במתח ההטיה, וניתן להשיג הגבר גבוה במיוחד על ידי הגדלת מתח ההטיה. ל-PPD פוטנציאל יישום גדול במערכות שיפור הדמיה בעלות צריכת אנרגיה נמוכה ורגישות גבוהה. עבודה זו לא רק מוכיחה ש-GaOX הוא מבטיח.גלאי פוטו באנרגיה גבוההחומר, אך גם מספק אסטרטגיה חדשה למימוש גלאי פוטו בעלי ביצועים גבוהים באנרגיה גבוהה.