Novofotodetector de alta sensibilidade
Recentemente, uma equipe de pesquisa da Academia Chinesa de Ciências (CAS), baseada em materiais de óxido de gálio policristalino rico em gálio (PGR-GaOX), propôs pela primeira vez uma nova estratégia de design para alta sensibilidade e alta velocidade de resposta.fotodetectoratravés de efeitos piroelétricos e fotocondutivos acoplados na interface, e a pesquisa relevante foi publicada em Advanced Materials. Alta energiadetectores fotoelétricos(para faixas de ultravioleta profundo (DUV) a raios X) são cruciais 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 como alta corrente de fuga e baixo coeficiente de absorção de raios X, o que dificulta atender às necessidades de detecção de alto desempenho. Em contraste, os materiais semicondutores de óxido de gálio com ampla banda proibida (WBG) mostram grande potencial para detecção fotoelétrica de alta energia. Contudo, devido à inevitável presença de armadilhas de nível profundo no material e à falta de um projeto eficaz na estrutura do dispositivo, é um desafio obter detectores de fótons de alta energia com alta sensibilidade e alta velocidade de resposta baseados em semicondutores de ampla banda proibida. Para superar 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 interfacial com o efeito fotocondutivo, o desempenho da detecção é significativamente aprimorado. O PPD demonstrou alta sensibilidade tanto à radiação ultravioleta profunda (DUV) quanto aos raios X, com taxas de resposta de até 10⁴ A/W e 10⁵ μC×Gyair⁻¹/cm², respectivamente, mais de 100 vezes superiores às de detectores anteriores feitos de materiais similares. Além disso, o efeito piroelétrico interfacial causado pela simetria polar da região de depleção de PGR-GaOX pode aumentar a velocidade de resposta do detector em 10⁵ vezes, para 0,1 ms. Comparado aos fotodiodos convencionais, o PPDS em modo autoalimentado produz ganhos mais elevados devido aos campos piroelétricos durante a comutação da luz.
Além disso, o PPD pode operar em modo polarizado, onde o ganho depende fortemente da tensão de polarização, e um ganho ultra-alto pode ser alcançado aumentando-se essa tensão. O PPD possui grande potencial de aplicação em sistemas de aprimoramento de imagem de baixo consumo de energia e alta sensibilidade. Este trabalho não apenas comprova que o GaOX é um material promissor, como também demonstra que ele é um material promissor.fotodetector de alta energiamaterial, mas também fornece uma nova estratégia para a realização de fotodetectores de alta energia e alto desempenho.
Data da publicação: 10 de setembro de 2024