Infravermelho de baixo limiarfotodetector de avalanche
O fotodetector de avalanche infravermelho (Fotodetector APD) é uma classe dedispositivos fotoelétricos semicondutoresque produzem alto ganho por meio do efeito de ionização por colisão, de modo a atingir a capacidade de detecção de poucos fótons ou mesmo de fótons individuais. No entanto, em estruturas fotodetectoras APD convencionais, o processo de espalhamento de portadora fora de equilíbrio leva à perda de energia, de modo que a tensão limite de avalanche geralmente precisa atingir 50-200 V. Isso impõe maiores exigências à tensão de acionamento do dispositivo e ao projeto do circuito de leitura, aumentando os custos e limitando aplicações mais amplas.
Recentemente, pesquisas chinesas propuseram uma nova estrutura para detectores de avalanche no infravermelho próximo com baixa tensão de limiar de avalanche e alta sensibilidade. Baseado na homojunção autodopante da camada atômica, o fotodetector de avalanche resolve o espalhamento prejudicial induzido pelo estado de defeito da interface, inevitável na heterojunção. Enquanto isso, o forte campo elétrico de "pico" local induzido pela quebra da simetria de translação é usado para aumentar a interação coulombiana entre as portadoras, suprimir o espalhamento dominado pelo modo fônon fora do plano e atingir uma alta eficiência de duplicação de portadoras fora do equilíbrio. À temperatura ambiente, a energia de limiar está próxima do limite teórico Eg (Eg é a lacuna de banda do semicondutor) e a sensibilidade de detecção do detector de avalanche no infravermelho é de até 10.000 fótons.
Este estudo baseia-se na homojunção de disseleneto de tungstênio (WSe₂) autodopado na camada atômica (calcogeneto de metal de transição bidimensional, TMD) como meio de ganho para avalanches de portadores de carga. A quebra da simetria translacional espacial é alcançada projetando uma mutação em degrau topográfico para induzir um forte campo elétrico local de "pico" na interface da homojunção mutante.
Além disso, a espessura atômica pode suprimir o mecanismo de espalhamento dominado pelo modo fônon e realizar o processo de aceleração e multiplicação da portadora fora do equilíbrio com perdas muito baixas. Isso aproxima a energia do limiar de avalanche à temperatura ambiente do limite teórico, ou seja, da banda proibida do material semicondutor. Por exemplo, a tensão do limiar de avalanche foi reduzida de 50 V para 1,6 V, permitindo que os pesquisadores utilizem circuitos digitais de baixa tensão maduros para acionar a avalanche.fotodetectorbem como diodos de acionamento e transistores. Este estudo realiza a conversão e utilização eficientes de energia portadora fora do equilíbrio por meio do projeto de efeito de multiplicação de avalanche de baixo limiar, o que fornece uma nova perspectiva para o desenvolvimento da próxima geração de tecnologia de detecção infravermelha de avalanche de alta sensibilidade, baixo limiar e alto ganho.
Horário da publicação: 16/04/2025