उच्च-प्रदर्शन स्व-चालित अवरक्त फोटोडिटेक्टर

उच्च-प्रदर्शन स्व-चालितअवरक्त फोटोडिटेक्टर

अवरक्तफोटोडिटेक्टरइसमें मजबूत हस्तक्षेप-रोधी क्षमता, मजबूत लक्ष्य पहचान क्षमता, सभी मौसमों में संचालन और अच्छी छिपाव 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-चालितप्रकाश-विद्युत संसूचनएक चिप जो बिना किसी अतिरिक्त बाहरी बिजली आपूर्ति के 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 फोटोकरंट उत्पन्न करने के लिए फोटोजेनरेटेड वाहकों के पृथक्करण को संचालित करने हेतु अतिरिक्त बायस वोल्टेज की आवश्यकता होती है, बल्कि थर्मल शोर को कम करने और प्रतिक्रियात्मकता 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, जैसे कम बिजली की खपत, छोटे आकार, कम लागत और उच्च प्रदर्शन, को पूरा करना मुश्किल हो गया है।

हाल ही में, चीन और स्वीडन की शोध टीमों ने ग्राफीन नैनोरिबन (GNR) फिल्म/एल्यूमिना/सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन पर आधारित एक नवीन पिन हेटेरोजंक्शन स्व-चालित लघु-तरंग अवरक्त (SWIR) फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप प्रस्तावित की है। विषम इंटरफ़ेस और अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र द्वारा ट्रिगर किए गए ऑप्टिकल गेटिंग प्रभाव के संयुक्त प्रभाव में, चिप ने शून्य बायस वोल्टेज पर अति-उच्च प्रतिक्रिया और डिटेक्शन प्रदर्शन का प्रदर्शन किया। फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप की स्व-चालित मोड में A प्रतिक्रिया दर 75.3 A/W जितनी ऊँची है, डिटेक्शन दर 7.5 × 10¹⁴ जोन्स है, और बाह्य क्वांटम दक्षता लगभग 104% है, जो समान प्रकार के सिलिकॉन-आधारित चिप्स के डिटेक्शन प्रदर्शन को रिकॉर्ड 7 क्रम परिमाण तक बेहतर बनाती है। इसके अलावा, पारंपरिक ड्राइव मोड में, चिप की प्रतिक्रिया दर, पहचान दर और बाह्य क्वांटम दक्षता क्रमशः 843 A/W, 10¹⁵ जोन्स और 105% तक पहुँच जाती है, जो वर्तमान शोध में दर्ज किए गए उच्चतम मान हैं। इस बीच, इस शोध ने ऑप्टिकल संचार और इन्फ्रारेड इमेजिंग के क्षेत्र में फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्शन चिप के वास्तविक अनुप्रयोग को भी प्रदर्शित किया, जिससे इसकी विशाल अनुप्रयोग क्षमता पर प्रकाश डाला गया।

ग्राफीन नैनोरिबन /Al₂O₃/ एकल क्रिस्टल सिलिकॉन पर आधारित फोटोडिटेक्टर के प्रकाश-विद्युत प्रदर्शन का व्यवस्थित अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसकी स्थैतिक (धारा-वोल्टेज वक्र) और गतिशील अभिलक्षणिक प्रतिक्रियाओं (धारा-समय वक्र) का परीक्षण किया। विभिन्न बायस वोल्टेज के अंतर्गत ग्राफीन नैनोरिबन /Al₂O₃/ मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन हेटरोस्ट्रक्चर फोटोडिटेक्टर की प्रकाशिक प्रतिक्रिया विशेषताओं का व्यवस्थित मूल्यांकन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 0 V, -1 V, -3 V और -5 V बायस पर, 8.15 μW/cm² के प्रकाशिक शक्ति घनत्व के साथ, उपकरण की गतिशील धारा प्रतिक्रिया को मापा। प्रकाश धारा पश्च बायस के साथ बढ़ती है और सभी बायस वोल्टेज पर तीव्र प्रतिक्रिया गति प्रदर्शित करती है।

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

निष्कर्षतः, इस शोध ने ग्राफीन नैनोरिबन्स पर आधारित स्व-संचालित फोटोडिटेक्टर का सफलतापूर्वक निर्माण किया और रिकॉर्ड तोड़ उच्च प्रतिक्रिया दर हासिल की। ​​साथ ही, शोधकर्ताओं ने इसकी ऑप्टिकल संचार और इमेजिंग क्षमताओं का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया।अत्यधिक संवेदनशील फोटोडिटेक्टरयह 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।