كاشف ضوئي جديد عالي الحساسية

كاشف ضوئي جديد عالي الحساسية

في الآونة الأخيرة، اقترح فريق بحث في الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) يعتمد على مواد أكسيد الغاليوم المتعددة البلورات الغنية بالجاليوم (PGR-GaOX) لأول مرة استراتيجية تصميم جديدة للحساسية العالية وسرعة الاستجابة العالية للكاشف الضوئي العالي من خلال الواجهة المزدوجة الكهروضوئية. وتأثيرات الموصلية الضوئية، وتم نشر الأبحاث ذات الصلة في مجلة Advanced Materials. تعتبر أجهزة الكشف الكهروضوئية عالية الطاقة (للأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) ونطاقات الأشعة السينية) حاسمة في مجموعة متنوعة من المجالات، بما في ذلك الأمن القومي، والطب، والعلوم الصناعية.

ومع ذلك، فإن مواد أشباه الموصلات الحالية مثل Si وα-Se تعاني من مشاكل تيار التسرب الكبير وانخفاض معامل امتصاص الأشعة السينية، وهو ما يصعب تلبية احتياجات الكشف عالي الأداء. في المقابل، تُظهر مواد أكسيد الغاليوم شبه الموصلة ذات الفجوة واسعة النطاق (WBG) إمكانات كبيرة للكشف الكهروضوئي عالي الطاقة. ومع ذلك، نظرًا لاحتجاز مصيدة المستوى العميق على الجانب المادي والافتقار إلى تصميم فعال على هيكل الجهاز، فمن الصعب تحقيق حساسية عالية وسرعة استجابة عالية لكاشفات الفوتون عالية الطاقة استنادًا إلى أشباه الموصلات ذات فجوة واسعة النطاق. ولمواجهة هذه التحديات، قام فريق بحث في الصين بتصميم صمام ثنائي موصل للضوء الكهروضوئي (PPD) يعتمد على PGR-GaOX لأول مرة. من خلال اقتران التأثير الكهروحراري للواجهة مع تأثير الموصلية الضوئية، تم تحسين أداء الكشف بشكل ملحوظ. أظهر PPD حساسية عالية لكل من DUV والأشعة السينية، مع معدلات استجابة تصل إلى 104A/W و105μC×Gyair-1/cm2، على التوالي، أعلى بأكثر من 100 مرة من أجهزة الكشف السابقة المصنوعة من مواد مماثلة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي التأثير الكهربي الحراري للواجهة الناتج عن التماثل القطبي لمنطقة استنفاد PGR-GaOX إلى زيادة سرعة استجابة الكاشف بمقدار 105 مرات إلى 0.1 مللي ثانية. بالمقارنة مع الثنائيات الضوئية التقليدية، ينتج وضع PPDS الذي يعمل بالطاقة الذاتية مكاسب أعلى بسبب المجالات الكهروضوئية أثناء تبديل الضوء.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يعمل PPD في وضع التحيز، حيث يعتمد الكسب بشكل كبير على جهد التحيز، ويمكن تحقيق مكاسب عالية جدًا عن طريق زيادة جهد التحيز. يتمتع PPD بإمكانيات تطبيقية كبيرة في استهلاك الطاقة المنخفض وأنظمة تحسين التصوير ذات الحساسية العالية. لا يثبت هذا العمل فقط أن GaOX عبارة عن مادة كاشفة ضوئية عالية الطاقة واعدة، ولكنه يوفر أيضًا استراتيجية جديدة لتحقيق أجهزة كشف ضوئية عالية الأداء وعالية الطاقة.