Neuhochempfindlicher Fotodetektor
Kürzlich schlug ein Forschungsteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) auf Basis polykristalliner galliumreicher Galliumoxidmaterialien (PGR-GaOX) erstmals eine neue Designstrategie für hohe Empfindlichkeit und hohe Ansprechgeschwindigkeit vor.Fotodetektordurch gekoppelte pyroelektrische und photoleitfähige Grenzflächeneffekte; die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden in Advanced Materials veröffentlicht. Hochenergiefotoelektrische Detektoren(für den tiefen ultravioletten (DUV) bis Röntgenbereich) sind in einer Vielzahl von Bereichen von entscheidender Bedeutung, darunter nationale Sicherheit, Medizin und Industriewissenschaften.
Die derzeitigen Halbleitermaterialien wie Silizium (Si) und α-Se weisen jedoch Probleme wie hohe Leckströme und einen niedrigen Röntgenabsorptionskoeffizienten auf, wodurch die Anforderungen an eine leistungsstarke Detektion nur schwer erfüllt werden. Im Gegensatz dazu zeigen Galliumoxid-Halbleiter mit großer Bandlücke (WBG) großes Potenzial für die photoelektrische Hochenergiedetektion. Aufgrund unvermeidlicher tiefer Defektniveaus im Material und fehlender effektiver Gerätestrukturen ist es jedoch schwierig, hochempfindliche und schnell reagierende Hochenergie-Photonendetektoren auf Basis von Breitbandlückenhalbleitern zu realisieren. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat ein Forschungsteam in China erstmals eine pyroelektrische Photoleitdiode (PPD) auf Basis von PGR-GaOX entwickelt. Durch die Kombination des Grenzflächen-Pyroelektrizitätseffekts mit dem Photoleitfähigkeitseffekt konnte die Detektionsleistung signifikant verbessert werden. Die PPD zeigte eine hohe Empfindlichkeit sowohl gegenüber tiefem UV-Licht (DUV) als auch gegenüber Röntgenstrahlung mit Ansprechraten von bis zu 10⁴ A/W bzw. 10⁵ μC × Gy⁻¹/cm², was mehr als dem Hundertfachen der Werte bisheriger Detektoren aus ähnlichen Materialien entspricht. Darüber hinaus kann der durch die polare Symmetrie der PGR-GaOX-Verarmungszone hervorgerufene pyroelektrische Grenzflächeneffekt die Ansprechgeschwindigkeit des Detektors um das 10⁵-Fache auf 0,1 ms erhöhen. Im Vergleich zu herkömmlichen Fotodioden erzielen selbstversorgte PPDS aufgrund pyroelektrischer Felder beim Lichtschalten höhere Verstärkungen.
Darüber hinaus kann PPD im Bias-Modus betrieben werden, wobei die Verstärkung stark von der Bias-Spannung abhängt und durch Erhöhung der Bias-Spannung eine extrem hohe Verstärkung erzielt werden kann. PPD besitzt großes Anwendungspotenzial in energieeffizienten und hochempfindlichen Bildgebungssystemen. Diese Arbeit beweist nicht nur, dass GaOX ein vielversprechendes Material ist.Hochenergie-PhotodetektorMaterial, bietet aber auch eine neue Strategie zur Realisierung von Hochleistungs-Hochenergie-Photodetektoren.
Veröffentlichungsdatum: 10. September 2024