Nova pesquisa sobre fotodetector de avalanche de baixa dimensionalidade
A detecção de alta sensibilidade de tecnologias com poucos fótons ou mesmo com um único fóton apresenta perspectivas significativas de aplicação em áreas como imagens com baixa luminosidade, sensoriamento remoto e telemetria, bem como comunicação quântica. Entre elas, os fotodetectores de avalanche (APDs) tornaram-se uma importante direção na área de pesquisa de dispositivos optoeletrônicos devido ao seu tamanho reduzido, alta eficiência e fácil integração. A relação sinal-ruído (SNR) é um indicador importante do desempenho de um fotodetector APD, que requer alto ganho e baixa corrente escura. A pesquisa sobre heterojunções de van der Waals em materiais bidimensionais (2D) demonstra amplas perspectivas no desenvolvimento de APDs de alto desempenho. Pesquisadores da China selecionaram o material semicondutor bipolar bidimensional WSe₂ como material fotossensível e prepararam cuidadosamente a estrutura Pt/WSe₂/Ni.Fotodetector APDcom a função de trabalho mais adequada para resolver o problema inerente de ruído de ganho dos APDs tradicionais.
Pesquisadores propuseram umfotodetector de avalancheCom base na estrutura Pt/WSe₂/Ni, foi possível alcançar a detecção altamente sensível de sinais de luz extremamente fracos, na ordem de femtosegundos, à temperatura ambiente. Os pesquisadores 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 capaz de bloquear efetivamente os portadores de carga escuros, permitindo seletivamente a passagem dos portadores fotogerados. Esse mecanismo reduz significativamente o ruído excessivo causado pela ionização por impacto de portadores, possibilitando que o fotodetector alcance a detecção de sinais ópticos com alta sensibilidade e nível de ruído extremamente baixo.
Este estudo demonstra o papel crucial da engenharia de materiais e da otimização de interfaces na melhoria do desempenho defotodetectoresAtravés de um design engenhoso de eletrodos e materiais bidimensionais, foi alcançado o efeito de blindagem de portadores escuros, reduzindo significativamente a interferência de ruído e melhorando ainda mais a eficiência de detecção. O desempenho deste detector não se reflete apenas em suas características fotoelétricas, mas também apresenta amplas perspectivas de aplicação. Com seu bloqueio eficaz da corrente escura à temperatura ambiente e absorção eficiente de portadores fotogerados, este fotodetector é particularmente adequado para a detecção de sinais de luz fracos 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 da publicação: 27/08/2025