తక్కువ థ్రెషోల్డ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ అవలాంచ్ ఫోటోడిటెక్టర్

తక్కువ థ్రెషోల్డ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్హిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్

పరారుణ హిమపాత ఫోటోడిటెక్టర్ (APD ఫోటోడిటెక్టర్) అనేది ఒక తరగతిసెమీకండక్టర్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ పరికరాలుఘర్షణ అయనీకరణ ప్రభావం ద్వారా అధిక లాభాన్ని ఉత్పత్తి చేయడం ద్వారా, కొన్ని ఫోటాన్‌లను లేదా ఒకే ఫోటాన్‌ను కూడా గుర్తించే సామర్థ్యాన్ని సాధించవచ్చు. అయితే, సాంప్రదాయ APD ఫోటోడిటెక్టర్ నిర్మాణాలలో, అసమతుల్య క్యారియర్ స్కాటరింగ్ ప్రక్రియ శక్తి నష్టానికి దారితీస్తుంది, దీనివల్ల అవలాంచ్ థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ సాధారణంగా 50-200 Vకి చేరుకోవలసి ఉంటుంది. ఇది పరికరం యొక్క డ్రైవ్ వోల్టేజ్ మరియు రీడౌట్ సర్క్యూట్ డిజైన్‌పై అధిక డిమాండ్లను పెంచుతుంది, ఖర్చులను పెంచుతుంది మరియు విస్తృత అనువర్తనాలను పరిమితం చేస్తుంది.

ఇటీవల, చైనా పరిశోధన తక్కువ అవలాంచ్ థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ మరియు అధిక సున్నితత్వంతో కూడిన ఒక కొత్త అవలాంచ్ నియర్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ డిటెక్టర్ నిర్మాణాన్ని ప్రతిపాదించింది. పరమాణు పొర యొక్క సెల్ఫ్-డోపింగ్ హోమోజంక్షన్ ఆధారంగా, ఈ అవలాంచ్ ఫోటోడిటెక్టర్, హెటెరోజంక్షన్‌లో అనివార్యమైన ఇంటర్‌ఫేస్ లోప స్థితి వలన కలిగే హానికరమైన స్కాటరింగ్‌ను పరిష్కరిస్తుంది. అదే సమయంలో, ట్రాన్స్‌లేషన్ సిమెట్రీ బ్రేకింగ్ ద్వారా ప్రేరేపించబడిన బలమైన స్థానిక "పీక్" ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌ను, క్యారియర్‌ల మధ్య కూలంబ్ పరస్పర చర్యను పెంచడానికి, ఆఫ్-ప్లేన్ ఫోనాన్ మోడ్ ఆధిపత్య స్కాటరింగ్‌ను అణచివేయడానికి, మరియు అసమతుల్య క్యారియర్‌ల యొక్క అధిక డబ్లింగ్ సామర్థ్యాన్ని సాధించడానికి ఉపయోగిస్తారు. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద, థ్రెషోల్డ్ శక్తి సైద్ధాంతిక పరిమితి Eg (Eg అనేది సెమీకండక్టర్ యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్)కి దగ్గరగా ఉంటుంది మరియు ఈ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ అవలాంచ్ డిటెక్టర్ యొక్క డిటెక్షన్ సున్నితత్వం 10000 ఫోటాన్ స్థాయి వరకు ఉంటుంది.

ఈ అధ్యయనం, చార్జ్ క్యారియర్ అవలాంచ్‌ల కోసం ఒక గెయిన్ మీడియంగా, అణు-పొర స్వీయ-డోప్డ్ టంగ్‌స్టన్ డైసెలెనైడ్ (WSe₂) హోమోజంక్షన్ (ద్విమితీయ ట్రాన్సిషన్ మెటల్ చాల్కోజెనైడ్, TMD) పై ఆధారపడి ఉంది. మ్యూటెంట్ హోమోజంక్షన్ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద బలమైన స్థానిక "స్పైక్" విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ప్రేరేపించడానికి ఒక టోపోగ్రఫీ స్టెప్ మ్యూటేషన్‌ను రూపొందించడం ద్వారా ప్రాదేశిక అనువాద సౌష్టవ భంగం సాధించబడింది.

దీనికి అదనంగా, పరమాణు మందం ఫోనాన్ మోడ్ ఆధిపత్యం వహించే స్కాటరింగ్ యంత్రాంగాన్ని అణచివేసి, చాలా తక్కువ నష్టంతో అసమతుల్య క్యారియర్ యొక్క త్వరణం మరియు గుణన ప్రక్రియను గ్రహించగలదు. ఇది గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద అవలాంచ్ థ్రెషోల్డ్ శక్తిని సైద్ధాంతిక పరిమితికి, అంటే సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ Egకి దగ్గరగా తీసుకువస్తుంది. అవలాంచ్ థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ 50 V నుండి 1.6 Vకి తగ్గించబడింది, ఇది పరిశోధకులకు అవలాంచ్‌ను డ్రైవ్ చేయడానికి అధునాతన తక్కువ-వోల్టేజ్ డిజిటల్ సర్క్యూట్‌లను ఉపయోగించడానికి వీలు కల్పించింది.ఫోటోడిటెక్టర్అలాగే డ్రైవ్ డయోడ్‌లు మరియు ట్రాన్సిస్టర్‌లు. ఈ అధ్యయనం తక్కువ థ్రెషోల్డ్ అవలాంచ్ మల్టిప్లికేషన్ ఎఫెక్ట్ రూపకల్పన ద్వారా అసమతుల్య క్యారియర్ శక్తి యొక్క సమర్థవంతమైన మార్పిడి మరియు వినియోగాన్ని సాకారం చేస్తుంది, ఇది తదుపరి తరం అత్యంత సున్నితమైన, తక్కువ థ్రెషోల్డ్ మరియు అధిక గెయిన్ అవలాంచ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ డిటెక్షన్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధికి ఒక కొత్త దృక్పథాన్ని అందిస్తుంది.