द्विध्रुवीय द्वि-आयामी हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

द्विध्रुवीय द्वि-आयामीहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

द्विध्रुवीय द्वि-आयामी हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (एपीडी फोटोडिटेक्टरयह अत्यंत कम शोर और उच्च संवेदनशीलता का पता लगाने में सक्षम है।

कुछ फोटॉनों या यहां तक ​​कि एकल फोटॉनों का उच्च संवेदनशीलता से पता लगाने की क्षमता, कमजोर प्रकाश इमेजिंग, रिमोट सेंसिंग और टेलीमेट्री, और क्वांटम संचार जैसे क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग संभावनाएं रखती है। इनमें से, एवलांच फोटोडिटेक्टर (एपीडी) अपने छोटे आकार, उच्च दक्षता और आसान एकीकरण जैसी विशेषताओं के कारण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण अनुसंधान के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण दिशा बन गया है। सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात (एसएनआर) एपीडी फोटोडिटेक्टर का एक महत्वपूर्ण सूचक है, जिसके लिए उच्च लाभ और कम डार्क करंट की आवश्यकता होती है। द्वि-आयामी (2डी) पदार्थों के वैन डेर वाल्स हेटरोजंक्शन पर अनुसंधान उच्च-प्रदर्शन एपीडी के विकास में व्यापक संभावनाएं दिखाता है। चीन के शोधकर्ताओं ने द्विध्रुवीय द्वि-आयामी अर्धचालक पदार्थ WSe₂ को प्रकाश संवेदनशील पदार्थ के रूप में चुना और पारंपरिक एपीडी फोटोडिटेक्टर की अंतर्निहित लाभ शोर समस्या को हल करने के लिए, सर्वोत्तम मिलान कार्य फलन वाले Pt/WSe₂/Ni संरचना के साथ एपीडी फोटोडिटेक्टर को सावधानीपूर्वक तैयार किया।

शोध दल ने Pt/WSe₂/Ni संरचना पर आधारित एक हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर प्रस्तावित किया, जिसने कमरे के तापमान पर fW स्तर पर अत्यंत कमजोर प्रकाश संकेतों का अत्यधिक संवेदनशील पता लगाने में सफलता प्राप्त की। उन्होंने उत्कृष्ट विद्युत गुणों वाले द्वि-आयामी अर्धचालक पदार्थ WSe₂ का चयन किया और Pt तथा ​​Ni इलेक्ट्रोड पदार्थों को मिलाकर एक नए प्रकार का हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर सफलतापूर्वक विकसित किया। Pt, WSe₂ और Ni के बीच कार्य फलन मिलान को सटीक रूप से अनुकूलित करके, एक परिवहन तंत्र तैयार किया गया जो प्रभावी रूप से डार्क कैरियर्स को अवरुद्ध कर सकता है जबकि चुनिंदा रूप से फोटोजेनरेटेड कैरियर्स को गुजरने देता है। यह तंत्र कैरियर प्रभाव आयनीकरण के कारण होने वाले अत्यधिक शोर को काफी हद तक कम करता है, जिससे फोटोडिटेक्टर अत्यंत कम शोर स्तर पर अत्यधिक संवेदनशील ऑप्टिकल सिग्नल का पता लगाने में सक्षम होता है।

इसके बाद, दुर्बल विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित हिमस्खलन प्रभाव के पीछे की क्रियाविधि को स्पष्ट करने के लिए, शोधकर्ताओं ने प्रारंभ में विभिन्न धातुओं के अंतर्निहित कार्य फलनों की WSe₂ के साथ अनुकूलता का मूल्यांकन किया। विभिन्न धातु इलेक्ट्रोडों वाले धातु-अर्धचालक-धातु (MSM) उपकरणों की एक श्रृंखला का निर्माण किया गया और उन पर प्रासंगिक परीक्षण किए गए। इसके अतिरिक्त, हिमस्खलन शुरू होने से पहले वाहक प्रकीर्णन को कम करके, प्रभाव आयनीकरण की यादृच्छिकता को कम किया जा सकता है, जिससे शोर कम हो जाता है। अतः, प्रासंगिक परीक्षण किए गए। समय प्रतिक्रिया विशेषताओं के संदर्भ में Pt/WSe₂/Ni APD की श्रेष्ठता को और प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने विभिन्न फोटोइलेक्ट्रिक लाभ मानों के तहत उपकरण की -3 dB बैंडविड्थ का मूल्यांकन किया।

प्रायोगिक परिणामों से पता चलता है कि Pt/WSe₂/Ni डिटेक्टर कमरे के तापमान पर बेहद कम नॉइज़ इक्विवेलेंट पावर (NEP) प्रदर्शित करता है, जो केवल 8.07 fW/√Hz है। इसका अर्थ है कि यह डिटेक्टर अत्यंत कमजोर ऑप्टिकल संकेतों की पहचान कर सकता है। इसके अलावा, यह उपकरण 20 kHz की मॉड्यूलेशन आवृत्ति पर 5×10⁵ के उच्च गेन के साथ स्थिर रूप से कार्य कर सकता है, जिससे पारंपरिक फोटोवोल्टेइक डिटेक्टरों की उस तकनीकी बाधा का सफलतापूर्वक समाधान हो जाता है जिसमें उच्च गेन और बैंडविड्थ के बीच संतुलन बनाना कठिन होता है। इस विशेषता से उन अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण लाभ मिलने की उम्मीद है जिनमें उच्च गेन और कम नॉइज़ की आवश्यकता होती है।

यह शोध सामग्री अभियांत्रिकी और इंटरफ़ेस अनुकूलन की महत्वपूर्ण भूमिका को प्रदर्शित करता है जो प्रदर्शन को बढ़ाने में सहायक होते हैं।फोटोडिटेक्टरइलेक्ट्रोड और द्वि-आयामी सामग्रियों के कुशल डिजाइन के माध्यम से, डार्क कैरियर्स का एक परिरक्षण प्रभाव प्राप्त किया गया है, जिससे शोर हस्तक्षेप में काफी कमी आई है और पता लगाने की दक्षता में और सुधार हुआ है।

इस डिटेक्टर का प्रदर्शन न केवल फोटोइलेक्ट्रिक विशेषताओं में परिलक्षित होता है, बल्कि इसके व्यापक अनुप्रयोग की संभावनाएं भी हैं। कमरे के तापमान पर डार्क करंट को प्रभावी ढंग से अवरुद्ध करने और फोटोजेनरेटेड वाहकों के कुशल अवशोषण के कारण, यह डिटेक्टर पर्यावरण निगरानी, ​​खगोलीय अवलोकन और ऑप्टिकल संचार जैसे क्षेत्रों में कमजोर प्रकाश संकेतों का पता लगाने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। यह शोध उपलब्धि न केवल कम आयामी सामग्री फोटोडिटेक्टरों के विकास के लिए नए विचार प्रदान करती है, बल्कि उच्च-प्रदर्शन और कम-शक्ति वाले ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के भविष्य के अनुसंधान और विकास के लिए नए संदर्भ भी प्रदान करती है।