מחקר חדש על גלאי פוטואלקטרי נמוך-ממדי למפולות מפולת

מחקר חדש על גלאי פוטואלקטרי נמוך-ממדי למפולות מפולת

גילוי רגישות גבוהה של טכנולוגיות של מעט פוטונים או אפילו פוטון בודד טומן בחובו אפשרויות יישום משמעותיות בתחומים כמו דימות בתאורה נמוכה, חישה מרחוק וטלמטריה, כמו גם תקשורת קוונטית. ביניהם, גלאי פוטואלקטרוניקה מסוג APD (APD) הפכו לכיוון חשוב בתחום מחקר התקנים אופטואלקטרוניים בשל גודלם הקטן, יעילותם הגבוהה ושילובם הקל. יחס אות לרעש (SNR) הוא אינדיקטור חשוב לגלאי פוטואלקטרוניקה מסוג APD, הדורש הגבר גבוה וזרם חושך נמוך. המחקר על צומת הטרואלקטרי של חומר דו-ממדי (2D) מסוג van der Waals מראה אפשרויות רחבות בפיתוח APD בעלי ביצועים גבוהים. חוקרים מסין בחרו בחומר המוליך למחצה דו-ממדי דו-ממדי WSe₂ כחומר רגיש לאור והכינו בקפידה את מבנה ה-Pt/WSe₂/Ni.גלאי פוטו APDעם פונקציית העבודה המתאימה ביותר כדי לפתור את בעיית רעש ההגבר הטבועה של APD מסורתי.

חוקרים הציעוגלאי פוטו של מפולת שלגיםבהתבסס על מבנה Pt/WSe₂/Ni, השיגו זיהוי רגיש ביותר של אותות אור חלשים ביותר ברמת fW בטמפרטורת החדר. הם בחרו בחומר מוליך למחצה דו-ממדי WSe₂, בעל תכונות חשמליות מצוינות, ושילבו אותו עם חומרי אלקטרודה של Pt ו-Ni כדי לפתח בהצלחה סוג חדש של גלאי פוטו-מטאורולוגי של מפולת שלגים. על ידי אופטימיזציה מדויקת של התאמת פונקציית העבודה בין Pt, WSe₂ ו-Ni, תוכנן מנגנון הובלה שיכול לחסום ביעילות נושאי מטען כהים תוך מתן אפשרות סלקטיבית לוואי מטען שנוצרו באמצעות אור לעבור. מנגנון זה מפחית משמעותית את הרעש העודף הנגרם כתוצאה מיינון פגיעת נושאי מטען, ומאפשר לגלאי הפוטו-מטאורולוגי להשיג זיהוי אותות אופטי רגיש ביותר ברמת רעש נמוכה ביותר.

מחקר זה מדגים את התפקיד המכריע של הנדסת חומרים ואופטימיזציה של ממשק בשיפור הביצועים שלגלאי צילוםבאמצעות תכנון גאוני של אלקטרודות וחומרים דו-ממדיים, הושג אפקט המיגון של נושאי גלים כהים, מה שהפחית משמעותית את הפרעות הרעש ושיפור נוסף ביעילות הגילוי. ביצועי הגלאי לא רק באים לידי ביטוי במאפיינים הפוטואלקטריים שלו, אלא גם בעלי אפשרויות יישום רחבות. הודות לחסימת זרם כהה יעילה בטמפרטורת החדר ולקליטה יעילה של נושאי גלים שנוצרו באמצעות אור, גלאי גלאים זה מתאים במיוחד לגילוי אותות אור חלשים בתחומים כמו ניטור סביבתי, תצפית אסטרונומית ותקשורת אופטית. הישג מחקרי זה לא רק מספק רעיונות חדשים לפיתוח גלאי גלאים של חומרים בעלי מימד נמוך, אלא גם מציע הפניות חדשות למחקר ופיתוח עתידיים של התקנים אופטואלקטרוניים בעלי ביצועים גבוהים ובעלי הספק נמוך.