Didorong kendiri berprestasi tinggipengesan 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 dan kejuruteraan alam sekitar. Antaranya, yang memandu sendiripengesanan 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 celah jalur sempit, bukan sahaja memerlukan voltan pincang tambahan untuk memacu pemisahan pembawa janaan foto untuk menghasilkan arus foto, tetapi juga memerlukan sistem penyejukan tambahan untuk mengurangkan bunyi terma dan meningkatkan tindak balas. Oleh itu, menjadi sukar untuk memenuhi konsep dan keperluan baharu cip pengesanan inframerah generasi seterusnya pada masa hadapan, seperti penggunaan kuasa yang rendah, saiz kecil, kos rendah dan prestasi tinggi.
Baru-baru ini, pasukan penyelidik dari China dan Sweden telah mencadangkan cip pengesanan fotoelektrik inframerah gelombang pendek (SWIR) pacuan sendiri heterojunction pin baru berdasarkan filem/alumina/silikon kristal tunggal graphene nanoribbon (GNR). Di bawah kesan gabungan kesan gating optik yang dicetuskan oleh antara muka heterogen dan medan elektrik terbina dalam, cip menunjukkan prestasi tindak balas dan pengesanan ultra tinggi pada voltan pincang sifar. Cip pengesanan fotoelektrik mempunyai kadar tindak balas setinggi 75.3 A/W dalam mod pacu kendiri, kadar pengesanan 7.5 × 10¹⁴ Jones dan kecekapan kuantum luaran hampir 104%, meningkatkan prestasi pengesanan jenis cip berasaskan silikon yang sama dengan rekod 7 urutan magnitud. Di samping itu, di bawah mod pemacu konvensional, kadar tindak balas cip, kadar pengesanan dan kecekapan kuantum luaran semuanya setinggi 843 A/W, 10¹⁵ Jones dan 105% masing-masing, yang kesemuanya merupakan nilai tertinggi yang dilaporkan dalam penyelidikan semasa. Sementara itu, penyelidikan ini juga menunjukkan aplikasi dunia sebenar cip pengesanan fotoelektrik dalam bidang komunikasi optik dan pengimejan inframerah, menonjolkan potensi aplikasinya yang besar.
Untuk mengkaji secara sistematik prestasi fotoelektrik pengesan foto berdasarkan graphene nanoribbons /Al₂O₃/ silikon kristal tunggal, penyelidik menguji statik (lengkung voltan semasa) dan tindak balas ciri dinamiknya (lengkung masa semasa). Untuk menilai secara sistematik ciri tindak balas optik graphene nanoribbon /Al₂O₃/ monocrystalline silikon heterostructure photodetector di bawah voltan pincang yang berbeza, penyelidik mengukur tindak balas arus dinamik peranti pada pincang 0 V, -1 V, -3 V dan -5 V, dengan ketumpatan kuasa optik 8.15 μW/cm². Arus foto bertambah dengan pincang songsang dan menunjukkan kelajuan tindak balas yang pantas pada semua voltan pincang.
Akhirnya, para penyelidik mencipta sistem pengimejan dan berjaya mencapai pengimejan berkuasa sendiri inframerah gelombang pendek. Sistem ini beroperasi di bawah bias sifar dan tidak mempunyai penggunaan tenaga sama sekali. Keupayaan pengimejan fotodetektor dinilai menggunakan topeng hitam dengan corak huruf "T" (seperti ditunjukkan dalam Rajah 1).
Kesimpulannya, penyelidikan ini berjaya mencipta pengesan foto berkuasa sendiri berdasarkan reben nano graphene dan mencapai kadar tindak balas tinggi yang memecahkan rekod. Sementara itu, para penyelidik berjaya menunjukkan komunikasi optik dan keupayaan pengimejan inipengesan foto yang sangat responsif. Pencapaian penyelidikan ini bukan sahaja menyediakan pendekatan praktikal untuk pembangunan graphene nanoribbons dan peranti optoelektronik berasaskan silikon, tetapi juga menunjukkan prestasi cemerlang mereka sebagai pengesan foto inframerah gelombang pendek berkuasa sendiri.
Masa siaran: Apr-28-2025