Neuer hochempfindlicher Fotodetektor

Neuhochempfindlicher Fotodetektor

Kürzlich hat ein Forschungsteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) auf der Grundlage von polykristallinen Galliumoxid-reichen Materialien (PGR-GaOX) erstmals eine neue Designstrategie für hohe Empfindlichkeit und hohe Reaktionsgeschwindigkeit vorgeschlagen.Fotodetektordurch gekoppelte pyroelektrische und photoleitende Grenzflächeneffekte, und die entsprechende Forschung wurde in Advanced Materials veröffentlicht. Hochenergetischefotoelektrische Detektoren(für tiefes Ultraviolett (DUV) bis Röntgenbänder) sind in vielen Bereichen von entscheidender Bedeutung, darunter in der nationalen Sicherheit, der Medizin und der Industriewissenschaft.

Aktuelle Halbleitermaterialien wie Si und α-Se weisen jedoch Probleme mit hohen Leckströmen und niedrigen Röntgenabsorptionskoeffizienten auf, wodurch sie den Anforderungen an eine leistungsstarke Detektion kaum gerecht werden. Demgegenüber bieten Galliumoxid-Halbleitermaterialien mit breiter Bandlücke (WBG) großes Potenzial für die photoelektrische Detektion hochenergetischer Photonen. Aufgrund der unvermeidlichen tiefen Fallen im Material und des fehlenden effektiven Designs der Gerätestruktur ist es jedoch schwierig, hochempfindliche und schnell reagierende Hochenergie-Photonendetektoren auf Basis von Halbleitern mit breiter Bandlücke zu realisieren. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat ein chinesisches Forschungsteam erstmals eine pyroelektrische Photoleiterdiode (PPD) auf Basis von PGR-GaOX entwickelt. Durch die Kopplung des pyroelektrischen Grenzflächeneffekts mit dem Photoleitfähigkeitseffekt wird die Detektionsleistung deutlich verbessert. Die PPD zeigte eine hohe Empfindlichkeit sowohl für DUV- als auch für Röntgenstrahlen mit Reaktionsraten von bis zu 104 A/W bzw. 105 μC × Gyair-1/cm2 – mehr als 100-mal höher als bei früheren Detektoren aus ähnlichen Materialien. Darüber hinaus kann der durch die polare Symmetrie der PGR-GaOX-Verarmungszone verursachte pyroelektrische Grenzflächeneffekt die Reaktionsgeschwindigkeit des Detektors um das 105-fache auf 0,1 ms erhöhen. Im Vergleich zu herkömmlichen Fotodioden erzeugen PPDS im selbstversorgenden Modus aufgrund pyroelektrischer Felder beim Lichtschalten höhere Verstärkungen.

Darüber hinaus kann PPD im Bias-Modus betrieben werden, wobei die Verstärkung stark von der Vorspannung abhängt. Durch Erhöhung der Vorspannung kann eine extrem hohe Verstärkung erreicht werden. PPD bietet großes Anwendungspotenzial in energiesparenden und hochempfindlichen Bildverbesserungssystemen. Diese Arbeit beweist nicht nur, dass GaOX ein vielversprechendesHochenergie-FotodetektorMaterial, sondern bietet auch eine neue Strategie zur Realisierung leistungsstarker Hochenergie-Fotodetektoren.