இருமுனை இரு பரிமாண பனிச்சரிவு ஒளிக்கண்டறிப்பான்

இருமுனை இரு பரிமாணம்பனிச்சரிவு ஒளிக்கண்டறிப்பான்

இருமுனை இரு பரிமாண பனிச்சரிவு ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பான் (APD ஒளிக்கற்றை) மிகக் குறைந்த இரைச்சல் மற்றும் அதிக உணர்திறன் கண்டறிதலை அடைகிறது.

பலவீனமான ஒளி இமேஜிங், ரிமோட் சென்சிங் மற்றும் டெலிமெட்ரி மற்றும் குவாண்டம் தொடர்பு போன்ற துறைகளில் சில ஃபோட்டான்கள் அல்லது ஒற்றை ஃபோட்டான்களின் உயர்-உணர்திறன் கண்டறிதல் முக்கியமான பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளது. அவற்றில், பனிச்சரிவு ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பான் (APD) அதன் சிறிய அளவு, அதிக செயல்திறன் மற்றும் எளிதான ஒருங்கிணைப்பு ஆகியவற்றின் பண்புகள் காரணமாக ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதன ஆராய்ச்சித் துறையில் ஒரு முக்கிய திசையாக மாறியுள்ளது. சிக்னல்-டு-இரைச்சல் விகிதம் (SNR) என்பது APD ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பானின் ஒரு முக்கிய குறிகாட்டியாகும், இதற்கு அதிக ஆதாயம் மற்றும் குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டம் தேவைப்படுகிறது. இரு பரிமாண (2D) பொருட்களின் வான் டெர் வால்ஸ் ஹீட்டோரோஜங்க்ஷன்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சி உயர் செயல்திறன் கொண்ட APDகளின் வளர்ச்சியில் பரந்த வாய்ப்புகளைக் காட்டுகிறது. சீனாவைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் இருமுனை இரு-பரிமாண குறைக்கடத்தி பொருள் WSe₂ ஐ ஒளிக்கதிர் உணர்திறன் பொருளாகத் தேர்ந்தெடுத்து, பாரம்பரிய APD ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பானின் உள்ளார்ந்த ஆதாய இரைச்சல் சிக்கலைத் தீர்க்க, சிறந்த பொருந்தக்கூடிய பணி செயல்பாட்டைக் கொண்ட Pt/WSe₂/Ni அமைப்பைக் கொண்ட APD ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பானை கவனமாகத் தயாரித்தனர்.

ஆராய்ச்சி குழு Pt/WSe₂/Ni கட்டமைப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு பனிச்சரிவு ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பாளரை முன்மொழிந்தது, இது அறை வெப்பநிலையில் fW மட்டத்தில் மிகவும் பலவீனமான ஒளி சமிக்ஞைகளை மிகவும் உணர்திறன் மிக்க முறையில் கண்டறிவதை அடைந்தது. சிறந்த மின் பண்புகளைக் கொண்ட இரு பரிமாண குறைக்கடத்தி பொருள் WSe₂ ஐ அவர்கள் தேர்ந்தெடுத்தனர், மேலும் Pt மற்றும் Ni மின்முனை பொருட்களை இணைத்து ஒரு புதிய வகை பனிச்சரிவு ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பாளரை வெற்றிகரமாக உருவாக்கினர். Pt, WSe₂ மற்றும் Ni ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான பணி செயல்பாட்டை துல்லியமாக மேம்படுத்துவதன் மூலம், ஒளிக்கதிர் உருவாக்கப்படும் கேரியர்களைத் தேர்ந்தெடுத்து கடந்து செல்ல அனுமதிக்கும் அதே வேளையில் இருண்ட கேரியர்களை திறம்பட தடுக்கக்கூடிய ஒரு போக்குவரத்து பொறிமுறை வடிவமைக்கப்பட்டது. இந்த பொறிமுறையானது கேரியர் தாக்க அயனியாக்கத்தால் ஏற்படும் அதிகப்படியான சத்தத்தை கணிசமாகக் குறைக்கிறது, இதனால் ஃபோட்டோடெக்டர் மிகக் குறைந்த இரைச்சல் மட்டத்தில் அதிக உணர்திறன் கொண்ட ஆப்டிகல் சிக்னல் கண்டறிதலை அடைய உதவுகிறது.

பின்னர், பலவீனமான மின்சார புலத்தால் தூண்டப்படும் பனிச்சரிவு விளைவின் பின்னணியில் உள்ள பொறிமுறையை தெளிவுபடுத்துவதற்காக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆரம்பத்தில் பல்வேறு உலோகங்களின் உள்ளார்ந்த வேலை செயல்பாடுகளின் WSe₂ உடன் பொருந்தக்கூடிய தன்மையை மதிப்பீடு செய்தனர். வெவ்வேறு உலோக மின்முனைகளைக் கொண்ட தொடர்ச்சியான உலோக-குறைக்கடத்தி-உலோக (MSM) சாதனங்கள் புனையப்பட்டு அவற்றில் தொடர்புடைய சோதனைகள் நடத்தப்பட்டன. கூடுதலாக, பனிச்சரிவு தொடங்குவதற்கு முன்பு கேரியர் சிதறலைக் குறைப்பதன் மூலம், தாக்க அயனியாக்கத்தின் சீரற்ற தன்மையைக் குறைக்க முடியும், இதன் மூலம் சத்தத்தைக் குறைக்க முடியும். எனவே, தொடர்புடைய சோதனைகள் நடத்தப்பட்டன. நேர மறுமொழி பண்புகளின் அடிப்படையில் Pt/WSe₂/Ni APD இன் மேன்மையை மேலும் நிரூபிக்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் வெவ்வேறு ஒளிமின்னழுத்த ஆதாய மதிப்புகளின் கீழ் சாதனத்தின் -3 dB அலைவரிசையை மேலும் மதிப்பீடு செய்தனர்.

Pt/WSe₂/Ni டிடெக்டர் அறை வெப்பநிலையில் மிகக் குறைந்த இரைச்சல் சமமான சக்தியை (NEP) வெளிப்படுத்துகிறது, இது 8.07 fW/√Hz மட்டுமே என்பதை சோதனை முடிவுகள் காட்டுகின்றன. இதன் பொருள் டிடெக்டர் மிகவும் பலவீனமான ஆப்டிகல் சிக்னல்களை அடையாளம் காண முடியும். கூடுதலாக, இந்த சாதனம் 20 kHz பண்பேற்ற அதிர்வெண்ணில் 5×10⁵ அதிக ஈட்டத்துடன் நிலையானதாக செயல்பட முடியும், இது அதிக ஈட்டத்தையும் அலைவரிசையையும் சமநிலைப்படுத்த கடினமாக இருக்கும் பாரம்பரிய ஃபோட்டோவோல்டாயிக் டிடெக்டர்களின் தொழில்நுட்ப சிக்கலை வெற்றிகரமாக தீர்க்கிறது. அதிக ஈட்டத்தையும் குறைந்த இரைச்சலையும் தேவைப்படும் பயன்பாடுகளில் இந்த அம்சம் இதற்கு குறிப்பிடத்தக்க நன்மைகளை வழங்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

இந்த ஆராய்ச்சி, செயல்திறனை மேம்படுத்துவதில் பொருள் பொறியியல் மற்றும் இடைமுக உகப்பாக்கத்தின் முக்கிய பங்கை நிரூபிக்கிறது.போட்டோடெக்டர்கள்மின்முனைகள் மற்றும் இரு பரிமாணப் பொருட்களின் புத்திசாலித்தனமான வடிவமைப்பு மூலம், இருண்ட கேரியர்களின் கவச விளைவு அடையப்பட்டுள்ளது, இது சத்தம் குறுக்கீட்டைக் கணிசமாகக் குறைத்து, கண்டறிதல் செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்துகிறது.

இந்த டிடெக்டரின் செயல்திறன் ஒளிமின்னழுத்த பண்புகளில் மட்டுமல்லாமல், பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளையும் கொண்டுள்ளது. அறை வெப்பநிலையில் இருண்ட மின்னோட்டத்தை திறம்பட தடுப்பதன் மூலமும், ஒளியால் உருவாக்கப்பட்ட கேரியர்களை திறம்பட உறிஞ்சுவதன் மூலமும், சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்பு, வானியல் கண்காணிப்பு மற்றும் ஒளியியல் தொடர்பு போன்ற துறைகளில் பலவீனமான ஒளி சமிக்ஞைகளைக் கண்டறிவதற்கு இந்த டிடெக்டர் மிகவும் பொருத்தமானது. இந்த ஆராய்ச்சி சாதனை குறைந்த பரிமாண பொருள் ஒளிக்கதிர் கண்டுபிடிப்பாளர்களின் வளர்ச்சிக்கு புதிய யோசனைகளை வழங்குவதோடு மட்டுமல்லாமல், உயர் செயல்திறன் மற்றும் குறைந்த சக்தி கொண்ட ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களின் எதிர்கால ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டிற்கான புதிய குறிப்புகளையும் வழங்குகிறது.