అధిక పనితీరు గల స్వీయ-ఆధారిత ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఫోటోడెటెక్టర్

అధిక పనితీరు గల స్వీయ-ఆధారితఇన్ఫ్రారెడ్ ఫోటోడిటెక్టర్

పరారుణఫోటోడిటెక్టర్బలమైన జోక్యం నిరోధక సామర్థ్యం, ​​బలమైన లక్ష్య గుర్తింపు సామర్థ్యం, ​​అన్ని వాతావరణాలలో ఆపరేషన్ మరియు మంచి దాచడం వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉంది. ఇది వైద్యం, సైనిక, అంతరిక్ష సాంకేతికత మరియు పర్యావరణ ఇంజనీరింగ్ వంటి రంగాలలో పెరుగుతున్న ముఖ్యమైన పాత్రను పోషిస్తోంది. వాటిలో, స్వీయ-ఆధారితఫోటోఎలెక్ట్రిక్ డిటెక్షన్బాహ్య అదనపు విద్యుత్ సరఫరా లేకుండా స్వతంత్రంగా పనిచేయగల చిప్ దాని ప్రత్యేక పనితీరు (శక్తి స్వాతంత్ర్యం, అధిక సున్నితత్వం మరియు స్థిరత్వం మొదలైనవి) కారణంగా ఇన్ఫ్రారెడ్ డిటెక్షన్ రంగంలో విస్తృత దృష్టిని ఆకర్షించింది. దీనికి విరుద్ధంగా, సిలికాన్-ఆధారిత లేదా నారోబ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్-ఆధారిత ఇన్‌ఫ్రారెడ్ చిప్‌ల వంటి సాంప్రదాయ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ డిటెక్షన్ చిప్‌లకు, ఫోటోకరెంట్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఫోటోజెనరేటెడ్ క్యారియర్‌ల విభజనను నడపడానికి అదనపు బయాస్ వోల్టేజ్‌లు అవసరమవుతాయి, కానీ థర్మల్ శబ్దాన్ని తగ్గించడానికి మరియు ప్రతిస్పందనను మెరుగుపరచడానికి అదనపు శీతలీకరణ వ్యవస్థలు కూడా అవసరం. అందువల్ల, భవిష్యత్తులో తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం, చిన్న పరిమాణం, తక్కువ ఖర్చు మరియు అధిక పనితీరు వంటి తదుపరి తరం ఇన్‌ఫ్రారెడ్ డిటెక్షన్ చిప్‌ల కొత్త భావనలు మరియు అవసరాలను తీర్చడం కష్టంగా మారింది.

ఇటీవల, చైనా మరియు స్వీడన్ నుండి పరిశోధన బృందాలు గ్రాఫేన్ నానోరిబ్బన్ (GNR) ఫిల్మ్‌లు/అల్యూమినా/సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ ఆధారంగా ఒక నవల పిన్ హెటెరోజంక్షన్ సెల్ఫ్-డ్రైవెన్ షార్ట్-వేవ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (SWIR) ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ డిటెక్షన్ చిప్‌ను ప్రతిపాదించాయి. హెటెరోజెనస్ ఇంటర్‌ఫేస్ మరియు అంతర్నిర్మిత విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా ప్రేరేపించబడిన ఆప్టికల్ గేటింగ్ ప్రభావం యొక్క మిశ్రమ ప్రభావం కింద, చిప్ సున్నా బయాస్ వోల్టేజ్ వద్ద అల్ట్రా-హై స్పందన మరియు గుర్తింపు పనితీరును ప్రదర్శించింది. ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ డిటెక్షన్ చిప్ స్వీయ-డ్రైవ్ మోడ్‌లో 75.3 A/W వరకు ప్రతిస్పందన రేటు, 7.5 × 10¹⁴ జోన్స్ గుర్తింపు రేటు మరియు 104%కి దగ్గరగా ఉన్న బాహ్య క్వాంటం సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, ఒకే రకమైన సిలికాన్-ఆధారిత చిప్‌ల గుర్తింపు పనితీరును రికార్డు స్థాయిలో 7 ఆర్డర్‌ల పరిమాణంతో మెరుగుపరుస్తుంది. అదనంగా, సాంప్రదాయ డ్రైవ్ మోడ్‌లో, చిప్ యొక్క ప్రతిస్పందన రేటు, గుర్తింపు రేటు మరియు బాహ్య క్వాంటం సామర్థ్యం అన్నీ వరుసగా 843 A/W, 10¹⁵ జోన్స్ మరియు 105% వరకు ఎక్కువగా ఉన్నాయి, ఇవన్నీ ప్రస్తుత పరిశోధనలో నివేదించబడిన అత్యధిక విలువలు. ఇంతలో, ఈ పరిశోధన ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ మరియు ఇన్ఫ్రారెడ్ ఇమేజింగ్ రంగాలలో ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ డిటెక్షన్ చిప్ యొక్క వాస్తవ-ప్రపంచ అనువర్తనాన్ని కూడా ప్రదర్శించింది, దాని భారీ అనువర్తన సామర్థ్యాన్ని హైలైట్ చేసింది.

గ్రాఫేన్ నానోరిబ్బన్లు /Al₂O₃/ సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ ఆధారంగా ఫోటోడిటెక్టర్ యొక్క ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ పనితీరును క్రమపద్ధతిలో అధ్యయనం చేయడానికి, పరిశోధకులు దాని స్టాటిక్ (కరెంట్-వోల్టేజ్ కర్వ్) మరియు డైనమిక్ లక్షణ ప్రతిస్పందనలను (కరెంట్-టైమ్ కర్వ్) పరీక్షించారు. వివిధ బయాస్ వోల్టేజ్‌ల కింద గ్రాఫేన్ నానోరిబ్బన్ /Al₂O₃/ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ హెటెరోస్ట్రక్చర్ ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క ఆప్టికల్ ప్రతిస్పందన లక్షణాలను క్రమపద్ధతిలో అంచనా వేయడానికి, పరిశోధకులు పరికరం యొక్క డైనమిక్ కరెంట్ ప్రతిస్పందనను 0 V, -1 V, -3 V మరియు -5 V బయాస్‌ల వద్ద, 8.15 μW/cm² ఆప్టికల్ పవర్ సాంద్రతతో కొలుస్తారు. రివర్స్ బయాస్‌తో ఫోటోకరెంట్ పెరుగుతుంది మరియు అన్ని బయాస్ వోల్టేజ్‌ల వద్ద వేగవంతమైన ప్రతిస్పందన వేగాన్ని చూపుతుంది.

చివరగా, పరిశోధకులు ఒక ఇమేజింగ్ వ్యవస్థను రూపొందించారు మరియు షార్ట్-వేవ్ ఇన్ఫ్రారెడ్ యొక్క స్వీయ-శక్తితో కూడిన ఇమేజింగ్‌ను విజయవంతంగా సాధించారు. ఈ వ్యవస్థ సున్నా పక్షపాతంతో పనిచేస్తుంది మరియు శక్తి వినియోగం అస్సలు లేదు. ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క ఇమేజింగ్ సామర్థ్యాన్ని "T" అక్షరం నమూనాతో (చిత్రం 1 లో చూపిన విధంగా) బ్లాక్ మాస్క్ ఉపయోగించి అంచనా వేశారు.

ముగింపులో, ఈ పరిశోధన గ్రాఫేన్ నానోరిబ్బన్‌ల ఆధారంగా స్వీయ-శక్తితో పనిచేసే ఫోటోడిటెక్టర్‌లను విజయవంతంగా తయారు చేసింది మరియు రికార్డు స్థాయిలో అధిక ప్రతిస్పందన రేటును సాధించింది. ఇంతలో, పరిశోధకులు ఈ పరికరం యొక్క ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ మరియు ఇమేజింగ్ సామర్థ్యాలను విజయవంతంగా ప్రదర్శించారు.అత్యంత ప్రతిస్పందనాత్మక ఫోటోడిటెక్టర్ఈ పరిశోధన విజయం గ్రాఫేన్ నానోరిబ్బన్లు మరియు సిలికాన్ ఆధారిత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల అభివృద్ధికి ఒక ఆచరణాత్మక విధానాన్ని అందించడమే కాకుండా, స్వీయ-శక్తితో పనిచేసే షార్ట్-వేవ్ ఇన్ఫ్రారెడ్ ఫోటోడిటెక్టర్లుగా వాటి అద్భుతమైన పనితీరును కూడా ప్రదర్శిస్తుంది.