ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាព្រិលធ្លាក់ពីរវិមាត្រទ្វេប៉ូល

ទ្វេភាគីទ្វេភាគីឧបករណ៍ចាប់រូបភាពព្រិលធ្លាក់

ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាព្រិលធ្លាក់ពីរវិមាត្របាយប៉ូឡា (ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD) សម្រេចបាននូវសំឡេងរំខានទាបបំផុត និងការរកឃើញភាពរសើបខ្ពស់

ការរកឃើញភាពរសើបខ្ពស់នៃហ្វូតុងមួយចំនួន ឬសូម្បីតែហ្វូតុងតែមួយមានទស្សនវិស័យកម្មវិធីសំខាន់ៗនៅក្នុងវិស័យដូចជាការថតរូបភាពពន្លឺខ្សោយ ការចាប់សញ្ញាពីចម្ងាយ និងទូរមាត្រ និងការទំនាក់ទំនងកង់ទិច។ ក្នុងចំណោមនោះ ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺព្រិល (APD) បានក្លាយជាទិសដៅសំខាន់មួយនៅក្នុងវិស័យស្រាវជ្រាវឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិច ដោយសារតែលក្ខណៈរបស់វាមានទំហំតូច ប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ និងការរួមបញ្ចូលងាយស្រួល។ សមាមាត្រសញ្ញាទៅនឹងសំឡេងរំខាន (SNR) គឺជាសូចនាករសំខាន់មួយនៃឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD ដែលតម្រូវឱ្យមានការឡើងខ្ពស់ និងចរន្តងងឹតទាប។ ការស្រាវជ្រាវលើ heterojunctions van der Waals នៃសម្ភារៈពីរវិមាត្រ (2D) បង្ហាញពីទស្សនវិស័យទូលំទូលាយក្នុងការអភិវឌ្ឍ APD ដែលមានដំណើរការខ្ពស់។ អ្នកស្រាវជ្រាវមកពីប្រទេសចិនបានជ្រើសរើសសម្ភារៈពាក់កណ្តាលសៀគ្វីពីរវិមាត្របាយប៉ូឡា WSe₂ ជាសម្ភារៈរសើបពន្លឺ និងឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD ដែលបានរៀបចំយ៉ាងល្អិតល្អន់ជាមួយនឹងរចនាសម្ព័ន្ធ Pt/WSe₂/Ni ដែលមានមុខងារការងារដែលត្រូវគ្នាល្អបំផុត ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាសំឡេងរំខានឡើងពីកំណើតនៃឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD ប្រពៃណី។

ក្រុមស្រាវជ្រាវបានស្នើឡើងនូវឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ avalanche ដោយផ្អែកលើរចនាសម្ព័ន្ធ Pt/WSe₂/Ni ដែលសម្រេចបាននូវការរកឃើញសញ្ញាពន្លឺខ្សោយខ្លាំងនៅកម្រិត fW នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់។ ពួកគេបានជ្រើសរើសសម្ភារៈ semiconductor ពីរវិមាត្រ WSe₂ ដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីល្អឥតខ្ចោះ និងបានផ្សំសម្ភារៈអេឡិចត្រូត Pt និង Ni ដើម្បីបង្កើតប្រភេទថ្មីនៃឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ avalanche ដោយជោគជ័យ។ តាមរយៈការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពយ៉ាងច្បាស់លាស់នៃការផ្គូផ្គងមុខងារការងាររវាង Pt, WSe₂ និង Ni យន្តការដឹកជញ្ជូនមួយត្រូវបានរចនាឡើងដែលអាចរារាំងឧបករណ៍ផ្ទុកងងឹតបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព ខណៈពេលដែលអនុញ្ញាតឱ្យឧបករណ៍ផ្ទុកដែលបង្កើតដោយពន្លឺឆ្លងកាត់។ យន្តការនេះកាត់បន្ថយសំឡេងរំខានលើសលប់ដែលបណ្តាលមកពីអ៊ីយ៉ូដផលប៉ះពាល់ឧបករណ៍ផ្ទុក ដែលអាចឱ្យឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺសម្រេចបាននូវការរកឃើញសញ្ញាអុបទិកដែលងាយរងគ្រោះខ្ពស់នៅកម្រិតសំឡេងរំខានទាបបំផុត។

បន្ទាប់មក ដើម្បីបញ្ជាក់ពីយន្តការនៅពីក្រោយឥទ្ធិពលនៃការរអិលបាក់ដីដែលបង្កឡើងដោយដែនអគ្គិសនីខ្សោយ ដំបូងឡើយ អ្នកស្រាវជ្រាវបានវាយតម្លៃពីភាពឆបគ្នានៃមុខងារការងារដែលមាននៅក្នុងលោហធាតុផ្សេងៗជាមួយ WSe₂។ ឧបករណ៍លោហៈ-ស៊ីមីកុងដុកទ័រ-លោហៈ (MSM) មួយចំនួនដែលមានអេឡិចត្រូតលោហៈផ្សេងៗគ្នាត្រូវបានផលិត ហើយការធ្វើតេស្តពាក់ព័ន្ធត្រូវបានធ្វើឡើងលើពួកវា។ លើសពីនេះ តាមរយៈការកាត់បន្ថយការខ្ចាត់ខ្ចាយនៃនាវាផ្ទុកមុនពេលការរអិលបាក់ដីចាប់ផ្តើម ភាពចៃដន្យនៃអ៊ីយ៉ូដផលប៉ះពាល់អាចត្រូវបានកាត់បន្ថយ ដោយហេតុនេះកាត់បន្ថយសំឡេងរំខាន។ ដូច្នេះ ការធ្វើតេស្តពាក់ព័ន្ធត្រូវបានធ្វើឡើង។ ដើម្បីបង្ហាញបន្ថែមទៀតអំពីឧត្តមភាពនៃ Pt/WSe₂/Ni APD ទាក់ទងនឹងលក្ខណៈឆ្លើយតបពេលវេលា អ្នកស្រាវជ្រាវបានវាយតម្លៃបន្ថែមទៀតអំពីកម្រិតបញ្ជូន -3 dB នៃឧបករណ៍ក្រោមតម្លៃទទួលបានពន្លឺផ្សេងៗគ្នា។

លទ្ធផលពិសោធន៍បង្ហាញថា ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា Pt/WSe₂/Ni បង្ហាញថាមពលសមមូលសំឡេងទាបបំផុត (NEP) នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ ដែលមានត្រឹមតែ 8.07 fW/√Hz ប៉ុណ្ណោះ។ នេះមានន័យថា ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអាចកំណត់អត្តសញ្ញាណសញ្ញាអុបទិកខ្សោយខ្លាំង។ លើសពីនេះ ឧបករណ៍នេះអាចដំណើរការបានស្ថិរភាពនៅប្រេកង់ម៉ូឌុល 20 kHz ជាមួយនឹង gain ខ្ពស់ 5×10⁵ ដោយដោះស្រាយបានជោគជ័យនូវបញ្ហាបច្ចេកទេសនៃឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា photovoltaic ប្រពៃណីដែលពិបាកក្នុងការធ្វើឱ្យមានតុល្យភាព gain ខ្ពស់ និង bandwidth។ លក្ខណៈពិសេសនេះត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងផ្តល់ឱ្យវានូវគុណសម្បត្តិយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងកម្មវិធីដែលត្រូវការ gain ខ្ពស់ និង សំឡេងទាប។

ការស្រាវជ្រាវនេះបង្ហាញពីតួនាទីដ៏សំខាន់នៃវិស្វកម្មសម្ភារៈ និងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពចំណុចប្រទាក់ក្នុងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃឧបករណ៍ចាប់រូបភាពតាមរយៈការរចនាដ៏ប៉ិនប្រសប់នៃអេឡិចត្រូត និងសម្ភារៈពីរវិមាត្រ ឥទ្ធិពលការពារនៃសារធាតុផ្ទុកងងឹតត្រូវបានសម្រេច ដែលកាត់បន្ថយការជ្រៀតជ្រែកសំឡេងរំខានយ៉ាងច្រើន និងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការរកឃើញបន្ថែមទៀត។

ប្រសិទ្ធភាពរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញានេះមិនត្រឹមតែឆ្លុះបញ្ចាំងនៅក្នុងលក្ខណៈ photoelectric ប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏មានទស្សនវិស័យកម្មវិធីទូលំទូលាយផងដែរ។ ជាមួយនឹងការទប់ស្កាត់ចរន្តងងឹតប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ និងការស្រូបយកសារធាតុបញ្ជូនដែលបង្កើតដោយ photogenerated ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញានេះស័ក្តិសមជាពិសេសសម្រាប់ការរកឃើញសញ្ញាពន្លឺខ្សោយនៅក្នុងវិស័យដូចជាការត្រួតពិនិត្យបរិស្ថាន ការសង្កេតតារាសាស្ត្រ និងការទំនាក់ទំនងអុបទិក។ សមិទ្ធផលស្រាវជ្រាវនេះមិនត្រឹមតែផ្តល់នូវគំនិតថ្មីៗសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាសម្ភារៈវិមាត្រទាបប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងផ្តល់នូវឯកសារយោងថ្មីៗសម្រាប់ការស្រាវជ្រាវ និងការអភិវឌ្ឍនាពេលអនាគតនៃឧបករណ៍ optoelectronic ដែលមានដំណើរការខ្ពស់ និងថាមពលទាប។