బైపోలార్ టూ-డైమెన్షనల్ హిమపాతం ఫోటోడెటెక్టర్

బైపోలార్ టూ-డైమెన్షనల్హిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్

బైపోలార్ టూ-డైమెన్షనల్ హిమపాతం ఫోటోడెటెక్టర్ (APD ఫోటోడిటెక్టర్) అతి తక్కువ శబ్దం మరియు అధిక సున్నితత్వ గుర్తింపును సాధిస్తుంది

బలహీనమైన కాంతి ఇమేజింగ్, రిమోట్ సెన్సింగ్ మరియు టెలిమెట్రీ మరియు క్వాంటం కమ్యూనికేషన్ వంటి రంగాలలో కొన్ని ఫోటాన్లు లేదా సింగిల్ ఫోటాన్ల యొక్క అధిక-సున్నితత్వ గుర్తింపు ముఖ్యమైన అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంది. వాటిలో, చిన్న పరిమాణం, అధిక సామర్థ్యం మరియు సులభమైన ఏకీకరణ లక్షణాల కారణంగా, హిమపాతం ఫోటోడెటెక్టర్ (APD) ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికర పరిశోధన రంగంలో ఒక ముఖ్యమైన దిశగా మారింది. సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తి (SNR) అనేది APD ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క ముఖ్యమైన సూచిక, దీనికి అధిక లాభం మరియు తక్కువ డార్క్ కరెంట్ అవసరం. ద్విమితీయ (2D) పదార్థాల వాన్ డెర్ వాల్స్ హెటెరోజంక్షన్లపై పరిశోధన అధిక-పనితీరు గల APDల అభివృద్ధిలో విస్తృత అవకాశాలను చూపుతుంది. చైనా నుండి పరిశోధకులు బైపోలార్ ద్విమితీయ సెమీకండక్టర్ పదార్థం WSe₂ ను ఫోటోసెన్సిటివ్ పదార్థంగా ఎంచుకున్నారు మరియు సాంప్రదాయ APD ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క స్వాభావిక గెయిన్ నాయిస్ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, ఉత్తమ సరిపోలిక పని ఫంక్షన్‌ను కలిగి ఉన్న Pt/WSe₂/Ni నిర్మాణంతో జాగ్రత్తగా తయారుచేసిన APD ఫోటోడెటెక్టర్‌ను ఎంచుకున్నారు.

పరిశోధనా బృందం Pt/WSe₂/Ni నిర్మాణం ఆధారంగా ఒక హిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్‌ను ప్రతిపాదించింది, ఇది గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద fW స్థాయిలో చాలా బలహీనమైన కాంతి సంకేతాలను అత్యంత సున్నితమైన గుర్తింపును సాధించింది. వారు అద్భుతమైన విద్యుత్ లక్షణాలను కలిగి ఉన్న రెండు డైమెన్షనల్ సెమీకండక్టర్ పదార్థం WSe₂ను ఎంచుకున్నారు మరియు Pt మరియు Ni ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను కలిపి కొత్త రకం హిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్‌ను విజయవంతంగా అభివృద్ధి చేశారు. Pt, WSe₂ మరియు Ni మధ్య పని ఫంక్షన్ మ్యాచింగ్‌ను ఖచ్చితంగా ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా, ఫోటోజెనరేటెడ్ క్యారియర్‌లను ఎంపిక చేసుకుని దాటడానికి అనుమతించేటప్పుడు డార్క్ క్యారియర్‌లను సమర్థవంతంగా నిరోధించగల రవాణా యంత్రాంగం రూపొందించబడింది. ఈ యంత్రాంగం క్యారియర్ ఇంపాక్ట్ అయనీకరణం వల్ల కలిగే అధిక శబ్దాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది, ఫోటోడెటెక్టర్ చాలా తక్కువ శబ్ద స్థాయిలో అత్యంత సున్నితమైన ఆప్టికల్ సిగ్నల్ గుర్తింపును సాధించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.

తరువాత, బలహీనమైన విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా ప్రేరేపించబడిన హిమపాతం ప్రభావం వెనుక ఉన్న యంత్రాంగాన్ని స్పష్టం చేయడానికి, పరిశోధకులు ప్రారంభంలో WSe₂ తో వివిధ లోహాల యొక్క అంతర్లీన పని విధుల అనుకూలతను అంచనా వేశారు. వివిధ లోహ ఎలక్ట్రోడ్‌లతో కూడిన లోహ-సెమీకండక్టర్-మెటల్ (MSM) పరికరాల శ్రేణిని తయారు చేశారు మరియు వాటిపై సంబంధిత పరీక్షలు నిర్వహించారు. అదనంగా, హిమపాతం ప్రారంభమయ్యే ముందు క్యారియర్ స్కాటరింగ్‌ను తగ్గించడం ద్వారా, ప్రభావ అయనీకరణ యొక్క యాదృచ్ఛికతను తగ్గించవచ్చు, తద్వారా శబ్దాన్ని తగ్గించవచ్చు. అందువల్ల, సంబంధిత పరీక్షలు నిర్వహించబడ్డాయి. సమయ ప్రతిస్పందన లక్షణాల పరంగా Pt/WSe₂/Ni APD యొక్క ఆధిపత్యాన్ని మరింత ప్రదర్శించడానికి, పరిశోధకులు వివిధ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ గెయిన్ విలువల కింద పరికరం యొక్క -3 dB బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను మరింతగా అంచనా వేశారు.

ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు Pt/WSe₂/Ni డిటెక్టర్ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద చాలా తక్కువ శబ్ద సమానమైన శక్తిని (NEP) ప్రదర్శిస్తుందని చూపిస్తున్నాయి, ఇది కేవలం 8.07 fW/√Hz మాత్రమే. దీని అర్థం డిటెక్టర్ చాలా బలహీనమైన ఆప్టికల్ సిగ్నల్‌లను గుర్తించగలదు. అదనంగా, ఈ పరికరం 20 kHz మాడ్యులేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద 5×10⁵ అధిక లాభంతో స్థిరంగా పనిచేయగలదు, అధిక లాభం మరియు బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను సమతుల్యం చేయడం కష్టతరమైన సాంప్రదాయ ఫోటోవోల్టాయిక్ డిటెక్టర్‌ల సాంకేతిక అడ్డంకులను విజయవంతంగా పరిష్కరిస్తుంది. అధిక లాభం మరియు తక్కువ శబ్దం అవసరమయ్యే అప్లికేషన్‌లలో ఈ లక్షణం దీనికి గణనీయమైన ప్రయోజనాలను అందిస్తుందని భావిస్తున్నారు.

ఈ పరిశోధన పనితీరును మెరుగుపరచడంలో మెటీరియల్ ఇంజనీరింగ్ మరియు ఇంటర్‌ఫేస్ ఆప్టిమైజేషన్ యొక్క కీలక పాత్రను ప్రదర్శిస్తుందిఫోటో డిటెక్టర్లుఎలక్ట్రోడ్లు మరియు రెండు డైమెన్షనల్ పదార్థాల యొక్క చమత్కారమైన రూపకల్పన ద్వారా, డార్క్ క్యారియర్‌ల షీల్డింగ్ ప్రభావాన్ని సాధించారు, శబ్ద జోక్యాన్ని గణనీయంగా తగ్గించారు మరియు గుర్తింపు సామర్థ్యాన్ని మరింత మెరుగుపరిచారు.

ఈ డిటెక్టర్ పనితీరు ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ లక్షణాలలో ప్రతిబింబించడమే కాకుండా, విస్తృత అనువర్తన అవకాశాలను కూడా కలిగి ఉంది. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద డార్క్ కరెంట్‌ను సమర్థవంతంగా నిరోధించడం మరియు ఫోటోజెనరేటెడ్ క్యారియర్‌లను సమర్థవంతంగా గ్రహించడంతో, ఈ డిటెక్టర్ పర్యావరణ పర్యవేక్షణ, ఖగోళ పరిశీలన మరియు ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ వంటి రంగాలలో బలహీనమైన కాంతి సంకేతాలను గుర్తించడానికి ప్రత్యేకంగా అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఈ పరిశోధన విజయం తక్కువ-డైమెన్షనల్ మెటీరియల్ ఫోటోడెటెక్టర్‌ల అభివృద్ధికి కొత్త ఆలోచనలను అందించడమే కాకుండా, అధిక-పనితీరు మరియు తక్కువ-శక్తి ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల భవిష్యత్తు పరిశోధన మరియు అభివృద్ధికి కొత్త సూచనలను కూడా అందిస్తుంది.