उच्च-प्रदर्शन वाला स्व-चालित अवरक्त फोटोडिटेक्टर

उच्च प्रदर्शन वाला स्व-चालितअवरक्त फोटोडिटेक्टर

अवरक्तफोटोडिटेक्टरइसमें मजबूत हस्तक्षेप-रोधी क्षमता, उत्कृष्ट लक्ष्य पहचान क्षमता, हर मौसम में संचालन और अच्छी छलावरण क्षमता जैसी विशेषताएं हैं। यह चिकित्सा, सैन्य, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी और पर्यावरण इंजीनियरिंग जैसे क्षेत्रों में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है। इनमें से, स्व-चालितफोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शनबाह्य अतिरिक्त विद्युत आपूर्ति के बिना स्वतंत्र रूप से कार्य करने वाली चिप्स ने अपनी अनूठी विशेषताओं (जैसे ऊर्जा स्वतंत्रता, उच्च संवेदनशीलता और स्थिरता आदि) के कारण अवरक्त पहचान के क्षेत्र में व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। इसके विपरीत, सिलिकॉन-आधारित या नैरोबैंडगैप सेमीकंडक्टर-आधारित अवरक्त चिप्स जैसी पारंपरिक फोटोइलेक्ट्रिक पहचान चिप्स को न केवल फोटोकरंट उत्पन्न करने के लिए फोटोजेनरेटेड कैरियर्स के पृथक्करण को संचालित करने हेतु अतिरिक्त बायस वोल्टेज की आवश्यकता होती है, बल्कि थर्मल शोर को कम करने और प्रतिक्रियाशीलता में सुधार करने के लिए अतिरिक्त शीतलन प्रणालियों की भी आवश्यकता होती है। इसलिए, भविष्य में अगली पीढ़ी की अवरक्त पहचान चिप्स की नई अवधारणाओं और आवश्यकताओं, जैसे कम बिजली खपत, छोटा आकार, कम लागत और उच्च प्रदर्शन को पूरा करना कठिन हो गया है।

हाल ही में, चीन और स्वीडन की शोध टीमों ने ग्रेफीन नैनोरिबन (जीएनआर) फिल्मों/एल्यूमिना/सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन पर आधारित एक नवीन पिन हेटरोजंक्शन स्व-चालित शॉर्ट-वेव इन्फ्रारेड (एसडब्ल्यूआईआर) फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप का प्रस्ताव दिया है। विषम इंटरफ़ेस द्वारा उत्पन्न ऑप्टिकल गेटिंग प्रभाव और अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र के संयुक्त प्रभाव के तहत, चिप ने शून्य बायस वोल्टेज पर अति-उच्च प्रतिक्रिया और पहचान प्रदर्शन प्रदर्शित किया। स्व-चालित मोड में इस फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप की प्रतिक्रिया दर 75.3 A/W जितनी उच्च है, पहचान दर 7.5 × 10¹⁴ जोन्स है, और बाह्य क्वांटम दक्षता लगभग 104% है, जो इसी प्रकार की सिलिकॉन-आधारित चिप्स के पहचान प्रदर्शन में रिकॉर्ड 7 गुना सुधार करती है। इसके अतिरिक्त, पारंपरिक ड्राइव मोड के तहत, चिप की प्रतिक्रिया दर, पहचान दर और बाह्य क्वांटम दक्षता क्रमशः 843 A/W, 10¹⁵ जोन्स और 105% जितनी उच्च हैं, जो वर्तमान शोध में दर्ज किए गए उच्चतम मान हैं। इस बीच, इस शोध ने ऑप्टिकल संचार और इन्फ्रारेड इमेजिंग के क्षेत्रों में फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप के वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग को भी प्रदर्शित किया, जो इसकी विशाल अनुप्रयोग क्षमता को उजागर करता है।

ग्राफीन नैनोरिबन/Al₂O₃/ एकल क्रिस्टल सिलिकॉन पर आधारित फोटोडिटेक्टर के फोटोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन का व्यवस्थित अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसकी स्थैतिक (करंट-वोल्टेज वक्र) और गतिशील अभिक्रियाओं (करंट-समय वक्र) का परीक्षण किया। विभिन्न बायस वोल्टेज के तहत ग्राफीन नैनोरिबन/Al₂O₃/ मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन हेटरोस्ट्रक्चर फोटोडिटेक्टर की ऑप्टिकल अभिक्रिया विशेषताओं का व्यवस्थित मूल्यांकन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 0 V, -1 V, -3 V और -5 V बायस पर डिवाइस की गतिशील करंट अभिक्रिया को मापा, जिसमें ऑप्टिकल पावर घनत्व 8.15 μW/cm² था। फोटोकरंट रिवर्स बायस के साथ बढ़ता है और सभी बायस वोल्टेज पर तीव्र अभिक्रिया गति दर्शाता है।

अंततः, शोधकर्ताओं ने एक इमेजिंग प्रणाली विकसित की और लघु-तरंग अवरक्त की स्व-संचालित इमेजिंग सफलतापूर्वक प्राप्त की। यह प्रणाली शून्य बायस पर संचालित होती है और इसमें ऊर्जा की खपत बिल्कुल नहीं होती है। फोटोडिटेक्टर की इमेजिंग क्षमता का मूल्यांकन "T" अक्षर के पैटर्न वाले काले मास्क का उपयोग करके किया गया (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है)।

निष्कर्षतः, इस शोध में ग्राफीन नैनोरिबन पर आधारित स्व-संचालित फोटोडिटेक्टरों का सफलतापूर्वक निर्माण किया गया और रिकॉर्ड तोड़ उच्च प्रतिक्रिया दर प्राप्त की गई। साथ ही, शोधकर्ताओं ने इस तकनीक की ऑप्टिकल संचार और इमेजिंग क्षमताओं का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया।अत्यधिक प्रतिक्रियाशील फोटोडिटेक्टरयह शोध उपलब्धि न केवल ग्राफीन नैनोरिबन और सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए एक व्यावहारिक दृष्टिकोण प्रदान करती है, बल्कि स्व-संचालित शॉर्ट-वेव इन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टरों के रूप में उनके उत्कृष्ट प्रदर्शन को भी प्रदर्शित करती है।