גלאי צילום חדש ברגישות גבוהה

גלאי צילום חדש ברגישות גבוהה

לאחרונה, צוות מחקר באקדמיה הסינית למדעים (CAS) המבוסס על חומרי תחמוצת גליום פולי-גבישיים (PGR-GaOX) הציע לראשונה אסטרטגיית תכנון חדשה עבור רגישות גבוהה ומהירות תגובה גבוהה גלאי צילום באמצעות פירואלקטרי ממשק צמוד. והשפעות פוטומוליכות, והמחקר הרלוונטי פורסם ב-Advanced Materials. גלאים פוטו-אלקטריים בעלי אנרגיה גבוהה (עבור פסי אולטרה-סגול עמוקים (DUV) לרצועות קרני רנטגן) הם קריטיים במגוון תחומים, כולל ביטחון לאומי, רפואה ומדע תעשייתי.

עם זאת, לחומרי מוליכים למחצה הנוכחיים כמו Si ו-α-Se יש בעיות של זרם דליפה גדול ומקדם בליעת קרני רנטגן נמוך, שקשה לענות על הצרכים של זיהוי בעל ביצועים גבוהים. לעומת זאת, חומרים מוליכים למחצה של גליום תחמוצת גליום מרווח פס רחב (WBG) מראים פוטנציאל גדול לזיהוי פוטואלקטרי באנרגיה גבוהה. עם זאת, בשל מלכודת המפלס העמוק הבלתי נמנעת בצד החומר והיעדר עיצוב יעיל במבנה המכשיר, זה מאתגר לממש רגישות גבוהה ומהירות תגובה גבוהה של גלאי פוטון באנרגיה גבוהה המבוססים על מוליכים למחצה מרווח פס רחב. כדי להתמודד עם אתגרים אלו, צוות מחקר בסין עיצב לראשונה דיודה פוטואלקטרית (PPD) המבוססת על PGR-GaOX. על ידי צימוד האפקט הפירואלקטרי של הממשק עם אפקט הפוטומוליכות, ביצועי הזיהוי משתפרים באופן משמעותי. PPD הראה רגישות גבוהה הן לקרני DUV והן לקרני רנטגן, עם שיעורי תגובה של עד 104A/W ו- 105μC×Gyair-1/cm2, בהתאמה, יותר מפי 100 גבוהים יותר מגלאים קודמים העשויים מחומרים דומים. בנוסף, האפקט הפירו-אלקטרי הממשק הנגרם על ידי הסימטריה הקוטבית של אזור דלדול PGR-GaOX יכול להגביר את מהירות התגובה של הגלאי פי 105 ל-0.1ms. בהשוואה לפוטודיודות קונבנציונליות, מצב PPDS עם הפעלה עצמית מייצר רווחים גבוהים יותר עקב שדות פירואלקטריים במהלך החלפת אור.

בנוסף, PPD יכול לפעול במצב הטיה, שבו ההגבר תלוי מאוד במתח ההטיה, וניתן להשיג רווח גבוה במיוחד על ידי הגדלת מתח ההטיה. ל-PPD פוטנציאל יישום גדול בצריכת אנרגיה נמוכה ומערכות לשיפור הדמיה ברגישות גבוהה. עבודה זו לא רק מוכיחה ש-GaOX הוא חומר מבטיח לגלאי פוטו באנרגיה גבוהה, אלא גם מספקת אסטרטגיה חדשה למימוש גלאי פוטו באנרגיה גבוהה בביצועים גבוהים.