Novo fotodetector de alta sensibilidade

Novo fotodetector de alta sensibilidade

Recentemente, uma equipe de pesquisa da Academia Chinesa de Ciências (CAS) baseada em materiais policristalinos de óxido de gálio ricos em gálio (PGR-GaOX) propôs pela primeira vez uma nova estratégia de design para alta sensibilidade e alta velocidade de resposta, alto fotodetector através de interface acoplada piroelétrica e efeitos de fotocondutividade, e a pesquisa relevante foi publicada em Advanced Materials. Detectores fotoelétricos de alta energia (para bandas de ultravioleta profundo (DUV) a raios X) são essenciais em uma variedade de campos, incluindo segurança nacional, medicina e ciência industrial.

No entanto, os materiais semicondutores atuais, como Si e α-Se, apresentam problemas de grande corrente de fuga e baixo coeficiente de absorção de raios X, o que é difícil de atender às necessidades de detecção de alto desempenho. Em contraste, os materiais semicondutores de óxido de gálio de banda larga (WBG) apresentam grande potencial para detecção fotoelétrica de alta energia. No entanto, devido à inevitável armadilha de nível profundo no lado do material e à falta de um design eficaz na estrutura do dispositivo, é um desafio realizar detectores de fótons de alta energia de alta sensibilidade e alta velocidade de resposta baseados em semicondutores de banda larga. Para enfrentar esses desafios, uma equipe de pesquisa na China projetou pela primeira vez um diodo fotocondutor piroelétrico (PPD) baseado em PGR-GaOX. Ao acoplar o efeito piroelétrico da interface com o efeito de fotocondutividade, o desempenho de detecção é significativamente melhorado. O PPD mostrou alta sensibilidade tanto ao DUV quanto aos raios X, com taxas de resposta de até 104A/W e 105μC×Gyair-1/cm2, respectivamente, mais de 100 vezes maiores que os detectores anteriores feitos de materiais semelhantes. Além disso, o efeito piroelétrico da interface causado pela simetria polar da região de depleção PGR-GaOX pode aumentar a velocidade de resposta do detector em 105 vezes, para 0,1 ms. Em comparação com os fotodiodos convencionais, os PPDS de modo autoalimentado produzem ganhos mais elevados devido aos campos piroelétricos durante a comutação de luz.

Além disso, o PPD pode operar no modo de polarização, onde o ganho é altamente dependente da tensão de polarização, e um ganho ultra-alto pode ser alcançado aumentando a tensão de polarização. O PPD tem grande potencial de aplicação em sistemas de aprimoramento de imagens de baixo consumo de energia e alta sensibilidade. Este trabalho não apenas prova que o GaOX é um material fotodetector de alta energia promissor, mas também fornece uma nova estratégia para a realização de fotodetectores de alta energia e alto desempenho.