Berprestasi tinggi dan dipacu kendiripengesan foto inframerah
inframerahpengesan fotomempunyai ciri-ciri keupayaan anti-gangguan yang kuat, keupayaan pengecaman sasaran yang kuat, operasi semua cuaca dan penyembunyian yang baik. Ia memainkan peranan yang semakin penting dalam bidang seperti perubatan, ketenteraan, teknologi angkasa lepas dan kejuruteraan alam sekitar. Antaranya, pacuan kendiripengesanan fotoelektrikCip yang boleh beroperasi secara bebas tanpa bekalan kuasa tambahan luaran telah menarik perhatian meluas dalam bidang pengesanan inframerah kerana prestasinya yang unik (seperti kebebasan tenaga, kepekaan dan kestabilan yang tinggi, dsb.). Sebaliknya, cip pengesanan fotoelektrik tradisional, seperti cip inframerah berasaskan semikonduktor berasaskan silikon atau jurang jalur sempit, bukan sahaja memerlukan voltan bias tambahan untuk memacu pemisahan pembawa fotojanaan bagi menghasilkan arus foto, tetapi juga memerlukan sistem penyejukan tambahan untuk mengurangkan hingar terma dan meningkatkan daya tindak balas. Oleh itu, menjadi sukar untuk memenuhi konsep dan keperluan baharu cip pengesanan inframerah generasi akan datang pada masa hadapan, seperti penggunaan kuasa yang rendah, saiz yang kecil, kos rendah dan prestasi yang tinggi.
Baru-baru ini, pasukan penyelidikan dari China dan Sweden telah mencadangkan cip pengesanan fotoelektrik inframerah gelombang pendek pacuan kendiri (SWIR) pin heterojunction baharu berdasarkan filem/alumina/silikon kristal tunggal graphene nanoribbon (GNR). Di bawah kesan gabungan kesan gate optik yang dicetuskan oleh antara muka heterogen dan medan elektrik terbina dalam, cip tersebut menunjukkan prestasi tindak balas dan pengesanan ultra tinggi pada voltan bias sifar. Cip pengesanan fotoelektrik mempunyai kadar tindak balas A setinggi 75.3 A/W dalam mod pacuan kendiri, kadar pengesanan 7.5 × 10¹⁴ Jones, dan kecekapan kuantum luaran hampir 104%, meningkatkan prestasi pengesanan cip berasaskan silikon jenis yang sama dengan rekod 7 peringkat magnitud. Di samping itu, di bawah mod pemacu konvensional, kadar tindak balas, kadar pengesanan dan kecekapan kuantum luaran cip masing-masing setinggi 843 A/W, 10¹⁵ Jones, dan 105%, semuanya merupakan nilai tertinggi yang dilaporkan dalam penyelidikan semasa. Sementara itu, kajian ini juga menunjukkan aplikasi dunia sebenar cip pengesanan fotoelektrik dalam bidang komunikasi optik dan pengimejan inframerah, menonjolkan potensi aplikasinya yang besar.
Untuk mengkaji prestasi fotoelektrik fotopengesan secara sistematik berdasarkan silikon kristal tunggal grafena nanoriben /Al₂O₃/, para penyelidik menguji tindak balas ciri statik (lengkung voltan arus) dan dinamiknya (lengkung masa arus). Untuk menilai secara sistematik ciri tindak balas optik fotopengesan heterostruktur silikon monokristalin nanoriben /Al₂O₃/ di bawah voltan bias yang berbeza, para penyelidik mengukur tindak balas arus dinamik peranti pada bias 0 V, -1 V, -3 V dan -5 V, dengan ketumpatan kuasa optik 8.15 μW/cm². Arus foto meningkat dengan bias songsang dan menunjukkan kelajuan tindak balas yang pantas pada semua voltan bias.
Akhirnya, para penyelidik telah mereka bentuk sistem pengimejan dan berjaya mencapai pengimejan berkuasa kendiri inframerah gelombang pendek. Sistem ini beroperasi di bawah bias sifar dan langsung tidak menggunakan tenaga. Keupayaan pengimejan fotopengesan telah dinilai menggunakan topeng hitam dengan corak huruf "T" (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1).
Kesimpulannya, kajian ini berjaya menghasilkan fotodetektor berkuasa kendiri berdasarkan nanoriben grafena dan mencapai kadar tindak balas yang tinggi dan memecah rekod. Sementara itu, para penyelidik berjaya menunjukkan keupayaan komunikasi optik dan pengimejan ini.pengesan foto yang sangat responsifPencapaian penyelidikan ini bukan sahaja menyediakan pendekatan praktikal untuk pembangunan nanoriben grafena dan peranti optoelektronik berasaskan silikon, tetapi juga menunjukkan prestasi cemerlangnya sebagai fotopengesan inframerah gelombang pendek berkuasa kendiri.
Masa siaran: 28-Apr-2025