कम थ्रेशोल्ड इन्फ्रारेड एवलांच फोटोडिटेक्टर

कम थ्रेशोल्ड इन्फ्रारेडहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

अवरक्त हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (एपीडी फोटोडिटेक्टर) एक वर्ग हैअर्धचालक फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणये उपकरण टक्कर आयनीकरण प्रभाव के माध्यम से उच्च लाभ उत्पन्न करते हैं, जिससे कुछ फोटॉनों या यहां तक ​​कि एकल फोटॉनों का पता लगाने की क्षमता प्राप्त होती है। हालांकि, पारंपरिक APD फोटोडिटेक्टर संरचनाओं में, असंतुलित वाहक प्रकीर्णन प्रक्रिया के कारण ऊर्जा हानि होती है, जिसके परिणामस्वरूप हिमस्खलन सीमा वोल्टेज आमतौर पर 50-200 V तक पहुंचने की आवश्यकता होती है। इससे उपकरण के ड्राइव वोल्टेज और रीडआउट सर्किट डिजाइन पर अधिक दबाव पड़ता है, जिससे लागत बढ़ती है और इसके व्यापक अनुप्रयोग सीमित हो जाते हैं।

हाल ही में, चीनी अनुसंधान ने कम हिमस्खलन थ्रेशोल्ड वोल्टेज और उच्च संवेदनशीलता वाले हिमस्खलन निकट अवरक्त डिटेक्टर की एक नई संरचना प्रस्तावित की है। परमाणु परत के स्व-डोपिंग होमोजंक्शन पर आधारित, यह हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर इंटरफ़ेस दोष अवस्था द्वारा उत्पन्न हानिकारक प्रकीर्णन की समस्या को हल करता है, जो हेटरोजंक्शन में अपरिहार्य है। साथ ही, अनुवाद समरूपता भंग द्वारा उत्पन्न प्रबल स्थानीय "पीक" विद्युत क्षेत्र का उपयोग वाहकों के बीच कूलम्ब अंतःक्रिया को बढ़ाने, ऑफ-प्लेन फोनन मोड-प्रधान प्रकीर्णन को दबाने और गैर-संतुलित वाहकों की उच्च दोहरीकरण दक्षता प्राप्त करने के लिए किया जाता है। कमरे के तापमान पर, थ्रेशोल्ड ऊर्जा सैद्धांतिक सीमा Eg (Eg अर्धचालक का बैंड गैप है) के करीब है और अवरक्त हिमस्खलन डिटेक्टर की पहचान संवेदनशीलता 10,000 फोटॉन स्तर तक है।

यह अध्ययन परमाणु-परत स्व-मिश्रित टंगस्टन डाइसेलेनाइड (WSe₂) होमोजंक्शन (द्वि-आयामी संक्रमण धातु चालकोजेनाइड, TMD) पर आधारित है, जो आवेश वाहक हिमस्खलन के लिए एक लाभ माध्यम के रूप में कार्य करता है। स्थानिक स्थानांतरीय समरूपता भंग को उत्परिवर्ती होमोजंक्शन इंटरफ़ेस पर एक मजबूत स्थानीय "स्पाइक" विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए स्थलाकृति चरण उत्परिवर्तन को डिज़ाइन करके प्राप्त किया जाता है।

इसके अतिरिक्त, परमाणु मोटाई फोनन मोड द्वारा नियंत्रित प्रकीर्णन तंत्र को दबा सकती है, और बहुत कम हानि के साथ गैर-संतुलित वाहक की त्वरण और गुणन प्रक्रिया को साकार कर सकती है। इससे कमरे के तापमान पर हिमस्खलन थ्रेशोल्ड ऊर्जा सैद्धांतिक सीमा के करीब आ जाती है, यानी अर्धचालक पदार्थ बैंडगैप Eg के बराबर। हिमस्खलन थ्रेशोल्ड वोल्टेज को 50 V से घटाकर 1.6 V कर दिया गया, जिससे शोधकर्ताओं को हिमस्खलन को संचालित करने के लिए परिपक्व निम्न-वोल्टेज डिजिटल सर्किट का उपयोग करने की अनुमति मिली।फोटोडिटेक्टरसाथ ही ड्राइव डायोड और ट्रांजिस्टर भी। यह अध्ययन कम थ्रेशोल्ड हिमस्खलन गुणन प्रभाव के डिजाइन के माध्यम से गैर-संतुलित वाहक ऊर्जा के कुशल रूपांतरण और उपयोग को साकार करता है, जो अगली पीढ़ी की अत्यधिक संवेदनशील, कम थ्रेशोल्ड और उच्च लाभ वाली हिमस्खलन अवरक्त पहचान तकनीक के विकास के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है।