الأشعة تحت الحمراء ذات العتبة المنخفضةكاشف ضوئي للانهيارات الجليدية
كاشف الانهيارات الجليدية بالأشعة تحت الحمراء (كاشف ضوئي APD) هي فئة منالأجهزة الكهروضوئية شبه الموصلةتُنتج مكسبًا عاليًا من خلال تأثير التأين التصادمي، مما يُحقق قدرة كشف لعدد قليل من الفوتونات، أو حتى فوتون واحد. ومع ذلك، في هياكل كاشفات الضوء APD التقليدية، تؤدي عملية تشتت الناقلات غير المتوازنة إلى فقدان الطاقة، بحيث يحتاج جهد عتبة الانهيار عادةً إلى الوصول إلى 50-200 فولت. هذا يُثقل كاهل تصميم جهد التشغيل ودائرة القراءة في الجهاز، مما يزيد التكاليف ويحد من نطاق التطبيقات.
في الآونة الأخيرة، اقترحت الأبحاث الصينية بنية جديدة لكاشف انهيار جليدي قريب من الأشعة تحت الحمراء يتميز بجهد عتبة انهيار جليدي منخفض وحساسية عالية. استنادًا إلى الوصلة المتجانسة ذاتية التشويب للطبقة الذرية، يحل كاشف الانهيار الجليدي الضوئي مشكلة التشتت الضار الناتج عن حالة عيب الواجهة، وهو أمر لا مفر منه في الوصلة غير المتجانسة. وفي الوقت نفسه، يُستخدم المجال الكهربائي المحلي القوي "الذروة" الناتج عن كسر تناظر الترجمة لتعزيز تفاعل كولومب بين الناقلات، وقمع التشتت المسيطر على نمط الفونون خارج المستوى، وتحقيق كفاءة مضاعفة عالية للناقلات غير المتوازنة. عند درجة حرارة الغرفة، تكون طاقة العتبة قريبة من الحد النظري Eg (Eg هي فجوة نطاق أشباه الموصلات)، وتصل حساسية كشف كاشف الانهيار الجليدي بالأشعة تحت الحمراء إلى مستوى 10000 فوتون.
تعتمد هذه الدراسة على الوصلة المتجانسة ثنائية سيلينيد التنغستن (WSe₂) المُشَبَّبة ذاتيًا على مستوى الذرات (كالوجينيد الفلز الانتقالي ثنائي الأبعاد، TMD) كوسط كسب لانهيارات حاملات الشحنة. يُحقَّق كسر التناظر الانتقالي المكاني بتصميم طفرة تدريجية تضاريسية لتحفيز مجال كهربائي موضعي قوي "مستدق" عند واجهة الوصلة المتجانسة المتحولة.
بالإضافة إلى ذلك، يُمكن لسمك الذرة أن يُثبط آلية التشتت التي يُسيطر عليها نمط الفونون، ويُحقق عملية تسارع ومضاعفة حاملات عدم التوازن بخسارة منخفضة جدًا. هذا يُقرّب طاقة عتبة الانهيار عند درجة حرارة الغرفة من الحد النظري، أي فجوة نطاق المواد شبه الموصلة (Eg). خُفِّض جهد عتبة الانهيار من 50 فولت إلى 1.6 فولت، مما سمح للباحثين باستخدام دوائر رقمية متطورة منخفضة الجهد لتشغيل الانهيار.كاشف ضوئيبالإضافة إلى ثنائيات القيادة والترانزستورات. تُحقق هذه الدراسة كفاءة تحويل واستغلال طاقة الناقل غير المتوازن من خلال تصميم تأثير مضاعفة الانهيار منخفض العتبة، مما يُتيح منظورًا جديدًا لتطوير الجيل القادم من تقنيات كشف الانهيار بالأشعة تحت الحمراء عالية الحساسية ومنخفضة العتبة وعالية الكسب.
وقت النشر: ١٦ أبريل ٢٠٢٥