उच्च प्रदर्शन वाला स्व-चालित इन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टर

उच्च प्रदर्शन स्व-चालितअवरक्त फोटो डिटेक्टर

अवरक्तफोटोडिटेक्टरइसमें मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता, मजबूत लक्ष्य पहचान क्षमता, सभी मौसम संचालन और अच्छी छिपाव की विशेषताएं हैं। यह चिकित्सा, सैन्य, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी और पर्यावरण इंजीनियरिंग जैसे क्षेत्रों में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है। उनमें से, स्व-चालितफोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शनचिप जो बाहरी अतिरिक्त बिजली आपूर्ति के बिना स्वतंत्र रूप से काम कर सकती है, ने अपने अद्वितीय प्रदर्शन (जैसे ऊर्जा स्वतंत्रता, उच्च संवेदनशीलता और स्थिरता, आदि) के कारण अवरक्त पहचान के क्षेत्र में व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। इसके विपरीत, पारंपरिक फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप्स, जैसे कि सिलिकॉन-आधारित या नैरोबैंडगैप सेमीकंडक्टर-आधारित इन्फ्रारेड चिप्स, को न केवल फोटोकरंट्स का उत्पादन करने के लिए फोटोजेनरेटेड वाहकों के पृथक्करण को चलाने के लिए अतिरिक्त पूर्वाग्रह वोल्टेज की आवश्यकता होती है, बल्कि थर्मल शोर को कम करने और जवाबदेही में सुधार करने के लिए अतिरिक्त शीतलन प्रणालियों की भी आवश्यकता होती है। इसलिए, भविष्य में अगली पीढ़ी के इन्फ्रारेड डिटेक्शन चिप्स की नई अवधारणाओं और आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल हो गया है, जैसे कि कम बिजली की खपत, छोटा आकार, कम लागत और उच्च प्रदर्शन।

हाल ही में, चीन और स्वीडन की शोध टीमों ने ग्राफीन नैनोरिबन (GNR) फिल्मों/एल्यूमिना/सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन पर आधारित एक नया पिन हेटेरोजंक्शन सेल्फ-ड्रिवन शॉर्ट-वेव इंफ्रारेड (SWIR) फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप प्रस्तावित किया है। विषम इंटरफ़ेस और अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र द्वारा ट्रिगर किए गए ऑप्टिकल गेटिंग प्रभाव के संयुक्त प्रभाव के तहत, चिप ने शून्य बायस वोल्टेज पर अल्ट्रा-हाई रिस्पॉन्स और डिटेक्शन प्रदर्शन का प्रदर्शन किया। फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप में सेल्फ-ड्रिवन मोड में 75.3 A/W जितनी उच्च प्रतिक्रिया दर, 7.5 × 10¹⁴ जोन्स की डिटेक्शन दर और 104% के करीब बाहरी क्वांटम दक्षता है, जो समान प्रकार के सिलिकॉन-आधारित चिप्स के डिटेक्शन प्रदर्शन को रिकॉर्ड 7 ऑर्डर ऑफ़ मैग्नीट्यूड द्वारा बेहतर बनाती है। इसके अलावा, पारंपरिक ड्राइव मोड के तहत, चिप की प्रतिक्रिया दर, पता लगाने की दर और बाहरी क्वांटम दक्षता सभी क्रमशः 843 A/W, 10¹⁵ जोन्स और 105% जितनी अधिक हैं, जो सभी वर्तमान शोध में बताए गए उच्चतम मूल्य हैं। इस बीच, इस शोध ने ऑप्टिकल संचार और अवरक्त इमेजिंग के क्षेत्रों में फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप के वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग को भी प्रदर्शित किया, जिससे इसकी विशाल अनुप्रयोग क्षमता पर प्रकाश डाला गया।

ग्राफीन नैनोरिबन्स /Al₂O₃/ सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन पर आधारित फोटोडिटेक्टर के फोटोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन का व्यवस्थित रूप से अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसके स्थिर (वर्तमान-वोल्टेज वक्र) और गतिशील विशेषता प्रतिक्रियाओं (वर्तमान-समय वक्र) का परीक्षण किया। विभिन्न बायस वोल्टेज के तहत ग्राफीन नैनोरिबन्स /Al₂O₃/ मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन हेटरोस्ट्रक्चर फोटोडिटेक्टर की ऑप्टिकल प्रतिक्रिया विशेषताओं का व्यवस्थित रूप से मूल्यांकन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 0 V, -1 V, -3 V और -5 V बायस पर डिवाइस की गतिशील वर्तमान प्रतिक्रिया को मापा, जिसमें ऑप्टिकल पावर घनत्व 8.15 μW/cm² था। फोटोकरंट रिवर्स बायस के साथ बढ़ता है और सभी बायस वोल्टेज पर तेज प्रतिक्रिया गति दिखाता है।

अंत में, शोधकर्ताओं ने एक इमेजिंग सिस्टम बनाया और शॉर्ट-वेव इंफ्रारेड की स्व-संचालित इमेजिंग को सफलतापूर्वक प्राप्त किया। यह सिस्टम शून्य पूर्वाग्रह के तहत काम करता है और इसमें बिल्कुल भी ऊर्जा की खपत नहीं होती है। फोटोडिटेक्टर की इमेजिंग क्षमता का मूल्यांकन अक्षर "टी" पैटर्न वाले ब्लैक मास्क का उपयोग करके किया गया था (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है)।

निष्कर्ष में, इस शोध ने ग्रेफीन नैनोरिबन्स पर आधारित स्व-संचालित फोटोडिटेक्टर को सफलतापूर्वक तैयार किया और रिकॉर्ड-तोड़ उच्च प्रतिक्रिया दर हासिल की। ​​इस बीच, शोधकर्ताओं ने इस की ऑप्टिकल संचार और इमेजिंग क्षमताओं का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया।अत्यधिक संवेदनशील फोटो डिटेक्टरयह शोध उपलब्धि न केवल ग्राफीन नैनोरिबन्स और सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए एक व्यावहारिक दृष्टिकोण प्रदान करती है, बल्कि स्व-संचालित लघु-तरंग अवरक्त फोटोडिटेक्टर के रूप में उनके उत्कृष्ट प्रदर्शन को भी प्रदर्शित करती है।