Nova pesquisa sobre fotodetector de avalanche de baixa dimensão
A detecção de alta sensibilidade de tecnologias de poucos fótons ou mesmo de fótons únicos apresenta perspectivas significativas de aplicação em áreas como imagens com baixa luminosidade, sensoriamento remoto e telemetria, bem como comunicação quântica. Entre eles, os fotodetectores de avalanche (APD) tornaram-se uma importante direção na pesquisa de dispositivos optoeletrônicos devido ao seu pequeno tamanho, alta eficiência e fácil integração. A relação sinal-ruído (SNR) é um indicador importante do APD. O fotodetector requer alto ganho e baixa corrente escura. A pesquisa sobre heterojunções de van der Waals em materiais bidimensionais (2D) mostra amplas perspectivas no desenvolvimento de APDs de alto desempenho. Pesquisadores da China selecionaram o material semicondutor bidimensional bipolar WSe₂ como material fotossensível e prepararam cuidadosamente a estrutura Pt/WSe₂/Ni.Fotodetector APDcom a melhor função de trabalho correspondente para resolver o problema de ruído de ganho inerente do APD tradicional.
Os pesquisadores propuseram umafotodetector de avalancheCom base na estrutura Pt/WSe₂/Ni, foi possível obter uma detecção altamente sensível de sinais de luz extremamente fracos no nível de fW à temperatura ambiente. Eles selecionaram o material semicondutor bidimensional WSe₂, que possui excelentes propriedades elétricas, e o combinaram com materiais de eletrodo de Pt e Ni para desenvolver com sucesso um novo tipo de fotodetector de avalanche. Ao otimizar precisamente a correspondência da função de trabalho entre Pt, WSe₂ e Ni, foi projetado um mecanismo de transporte que pode bloquear efetivamente portadores escuros, permitindo seletivamente a passagem de portadores fotogerados. Esse mecanismo reduz significativamente o excesso de ruído causado pela ionização por impacto de portadores, permitindo que o fotodetector alcance uma detecção de sinal óptico altamente sensível com um nível de ruído extremamente baixo.
Este estudo demonstra o papel crucial da engenharia de materiais e da otimização de interfaces na melhoria do desempenho defotodetectores. Através de um design engenhoso de eletrodos e materiais bidimensionais, o efeito de blindagem dos portadores escuros foi alcançado, reduzindo significativamente a interferência de ruído e melhorando ainda mais a eficiência da detecção. O desempenho deste detector não se reflete apenas em suas características fotoelétricas, mas também possui amplas perspectivas de aplicação. Com seu bloqueio eficaz da corrente escura à temperatura ambiente e absorção eficiente dos portadores fotogerados, este fotodetector é particularmente adequado para a detecção de sinais de luz fraca em áreas como monitoramento ambiental, observação astronômica e comunicação óptica. Esta conquista de pesquisa não apenas fornece novas ideias para o desenvolvimento de fotodetectores de materiais de baixa dimensionalidade, mas também oferece novas referências para a futura pesquisa e desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos de alto desempenho e baixo consumo de energia.
Data de publicação: 27/08/2025