Autopropulsão de alto desempenhofotodetector infravermelho
infravermelhofotodetectorPossui características como forte capacidade anti-interferência, alta capacidade de reconhecimento de alvos, operação em quaisquer condições climáticas e boa camuflagem. Desempenha um papel cada vez mais importante em áreas como medicina, militar, tecnologia espacial e engenharia ambiental. Entre elas, destaca-se a versão autônoma.detecção fotoelétricaChips capazes de operar de forma independente, sem necessidade de fonte de alimentação externa adicional, têm atraído grande atenção na área de detecção infravermelha devido ao seu desempenho singular (como independência energética, alta sensibilidade e estabilidade, etc.). Em contraste, os chips de detecção fotoelétrica tradicionais, como os baseados em silício ou em semicondutores de banda estreita, não apenas requerem tensões de polarização adicionais para impulsionar a separação dos portadores fotogerados e produzir fotocorrentes, mas também necessitam de sistemas de resfriamento adicionais para reduzir o ruído térmico e melhorar a responsividade. Portanto, atender aos novos conceitos e requisitos da próxima geração de chips de detecção infravermelha, como baixo consumo de energia, tamanho reduzido, baixo custo e alto desempenho, tem se tornado um desafio.
Recentemente, equipes de pesquisa da China e da Suécia propuseram um novo chip de detecção fotoelétrica de infravermelho de ondas curtas (SWIR) autoalimentado com heterojunção PIN, baseado em filmes de nanorribons de grafeno (GNR)/alumina/silício monocristalino. Sob o efeito combinado do controle óptico desencadeado pela interface heterogênea e pelo campo elétrico interno, o chip demonstrou desempenho de resposta e detecção ultra-elevado com tensão de polarização zero. O chip de detecção fotoelétrica apresenta uma taxa de resposta de até 75,3 A/W no modo autoalimentado, uma taxa de detecção de 7,5 × 10¹⁴ Jones e uma eficiência quântica externa próxima a 104%, melhorando o desempenho de detecção de chips similares baseados em silício em um recorde de 7 ordens de magnitude. Além disso, no modo de acionamento convencional, a taxa de resposta, a taxa de detecção e a eficiência quântica externa do chip atingem valores de 843 A/W, 10¹⁵ Jones e 105%, respectivamente, os maiores valores relatados em pesquisas recentes. Entretanto, esta pesquisa também demonstrou a aplicação prática do chip de detecção fotoelétrica nos campos da comunicação óptica e da imagem infravermelha, destacando seu enorme potencial de aplicação.
Para estudar sistematicamente o desempenho fotoelétrico do fotodetector baseado em nanorribons de grafeno/Al₂O₃/silício monocristalino, os pesquisadores testaram suas respostas características estáticas (curva corrente-tensão) e dinâmicas (curva corrente-tempo). Para avaliar sistematicamente as características de resposta óptica do fotodetector de heteroestrutura de nanorribons de grafeno/Al₂O₃/silício monocristalino sob diferentes tensões de polarização, os pesquisadores mediram a resposta de corrente dinâmica do dispositivo em polarizações de 0 V, -1 V, -3 V e -5 V, com uma densidade de potência óptica de 8,15 μW/cm². A fotocorrente aumenta com a polarização reversa e apresenta uma resposta rápida em todas as tensões de polarização.
Finalmente, os pesquisadores fabricaram um sistema de imagem e obtiveram com sucesso imagens autossuficientes no infravermelho de ondas curtas. O sistema opera com polarização zero e não consome energia alguma. A capacidade de geração de imagens do fotodetector foi avaliada usando uma máscara preta com o padrão da letra “T” (como mostrado na Figura 1).
Em conclusão, esta pesquisa fabricou com sucesso fotodetectores autossuficientes baseados em nanorribons de grafeno e alcançou uma taxa de resposta recorde. Além disso, os pesquisadores demonstraram com sucesso as capacidades de comunicação óptica e de imagem desses dispositivos.fotodetector altamente responsivoEsta conquista da pesquisa não apenas fornece uma abordagem prática para o desenvolvimento de nanorribons de grafeno e dispositivos optoeletrônicos à base de silício, mas também demonstra seu excelente desempenho como fotodetectores de infravermelho de ondas curtas autossuficientes.
Data da publicação: 28/04/2025