Autodirigido de alto desempenhofotodetector infravermelho
infravermelhofotodetectorPossui características de forte capacidade antiparasitária, forte capacidade de reconhecimento de alvos, operação em todas as condições climáticas e boa ocultação. Desempenha um papel cada vez mais importante em áreas como medicina, militar, tecnologia espacial e engenharia ambiental. Entre elas, destaca-se o veículo autônomodetecção fotoelétricaChips que podem operar de forma independente, sem uma fonte de alimentação externa adicional, têm atraído grande atenção na área de detecção infravermelha devido ao seu desempenho único (como independência energética, alta sensibilidade e estabilidade, etc.). Em contraste, chips de detecção fotoelétrica tradicionais, como chips infravermelhos baseados em silício ou semicondutores de banda estreita, não só requerem tensões de polarização adicionais para conduzir a separação de portadores fotogerados para produzir fotocorrentes, como também sistemas de resfriamento adicionais para reduzir o ruído térmico e melhorar a capacidade de resposta. Portanto, tornou-se difícil atender aos novos conceitos e requisitos da próxima geração de chips de detecção infravermelha no futuro, como baixo consumo de energia, tamanho compacto, baixo custo e alto desempenho.
Recentemente, equipes de pesquisa da China e da Suécia propuseram um novo chip de detecção fotoelétrica de infravermelho de ondas curtas (SWIR) autoacionado por heterojunção de pinos baseado em filmes de nanofitas de grafeno (GNR)/alumina/silício monocristalino. Sob o efeito combinado do efeito de gating óptico desencadeado pela interface heterogênea e pelo campo elétrico incorporado, o chip demonstrou resposta ultra-alta e desempenho de detecção em tensão de polarização zero. O chip de detecção fotoelétrica tem uma taxa de resposta de até 75,3 A/W no modo autoacionado, uma taxa de detecção de 7,5 × 10¹⁴ Jones e uma eficiência quântica externa próxima a 104%, melhorando o desempenho de detecção do mesmo tipo de chips baseados em silício em um recorde de 7 ordens de magnitude. Além disso, sob o modo de acionamento convencional, a taxa de resposta, a taxa de detecção e a eficiência quântica externa do chip são todas tão altas quanto 843 A/W, 10¹⁵ Jones e 105%, respectivamente, todos os quais são os valores mais altos relatados em pesquisas atuais. Enquanto isso, esta pesquisa também demonstrou a aplicação real do chip de detecção fotoelétrica nas áreas de comunicação óptica e imagens infravermelhas, destacando seu enorme potencial de aplicação.
A fim de estudar sistematicamente o desempenho fotoelétrico do fotodetector baseado em nanofitas 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 heteroestrutural de nanofitas 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 velocidade de resposta rápida em todas as tensões de polarização.
Por fim, os pesquisadores fabricaram um sistema de geração de imagens e obtiveram com sucesso imagens autoalimentadas de infravermelho de ondas curtas. O sistema opera com polarização zero e não consome energia. 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 autoalimentados baseados em nanofitas de grafeno e alcançou uma taxa de resposta recorde. Ao mesmo tempo, os pesquisadores demonstraram com sucesso as capacidades de comunicação óptica e geração de imagens deste.fotodetector altamente responsivo. Esta conquista de pesquisa não apenas fornece uma abordagem prática para o desenvolvimento de nanofitas de grafeno e dispositivos optoeletrônicos baseados em silício, mas também demonstra seu excelente desempenho como fotodetectores infravermelhos de ondas curtas autoalimentados.
Horário da publicação: 28/04/2025