في الآونة الأخيرة، اقترح فريق بحثي في الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) يعتمد على مواد أكسيد الجاليوم الغنية بالجاليوم متعدد البلورات (PGR-GaOX) لأول مرة استراتيجية تصميم جديدة للحساسية العالية وسرعة الاستجابة العاليةكاشف ضوئيمن خلال التأثيرات الكهروضوئية والحرارية المرتبطة بالواجهة، وقد نُشر البحث ذو الصلة في مجلة Advanced Materials.أجهزة الكشف الكهروضوئية(للنطاقات من الأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) إلى الأشعة السينية) لها أهمية بالغة في مجموعة متنوعة من المجالات، بما في ذلك الأمن القومي والطب والعلوم الصناعية.
ومع ذلك، فإن المواد شبه الموصلة الحالية مثل Si وα-Se تعاني من مشاكل تيار التسرب الكبير ومعامل امتصاص الأشعة السينية المنخفض، مما يصعب تلبية احتياجات الكشف عالي الأداء. في المقابل، تُظهر مواد أكسيد الغاليوم شبه الموصلة ذات الفجوة النطاقية العريضة (WBG) إمكانات كبيرة للكشف الكهروضوئي عالي الطاقة. ومع ذلك، نظرًا لوجود مصيدة مستوى عميق لا مفر منها على جانب المادة وعدم وجود تصميم فعال على هيكل الجهاز، فإنه من الصعب تحقيق حساسية عالية وسرعة استجابة عالية لكاشفات الفوتون عالية الطاقة القائمة على أشباه الموصلات ذات الفجوة النطاقية العريضة. لمواجهة هذه التحديات، صمم فريق بحثي في الصين صمام ثنائي موصل ضوئي كهربائي حراري (PPD) يعتمد على PGR-GaOX لأول مرة. من خلال اقتران التأثير الكهروضوئي للواجهة مع تأثير الموصلية الضوئية، يتم تحسين أداء الكشف بشكل كبير. أظهر كاشف PPD حساسية عالية لكلٍّ من أشعة DUV والأشعة السينية، بمعدلات استجابة تصل إلى 104A/W و105μC×Gyair-1/cm2 على التوالي، أي أعلى بأكثر من 100 مرة من الكواشف السابقة المصنوعة من مواد مماثلة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للتأثير الكهروحراري للواجهة الناتج عن التناظر القطبي لمنطقة استنفاد PGR-GaOX أن يزيد من سرعة استجابة الكاشف بمقدار 105 مرات ليصل إلى 0.1 مللي ثانية. وبالمقارنة مع الثنائيات الضوئية التقليدية، يُنتج كاشف PPDS ذاتي التغذية مكاسب أعلى بفضل المجالات الكهروحرارية أثناء تبديل الضوء.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ PPD العمل في وضع الانحياز، حيث يعتمد الكسب بشكل كبير على جهد الانحياز، ويمكن تحقيق كسب فائق الارتفاع بزيادة جهد الانحياز. يتمتع PPD بإمكانيات تطبيقية هائلة في أنظمة تحسين التصوير منخفضة استهلاك الطاقة وعالية الحساسية. لا يُثبت هذا العمل فقط أن GaOX واعدكاشف ضوئي عالي الطاقةالمادة، ولكنها توفر أيضًا استراتيجية جديدة لتحقيق أجهزة الكشف الضوئي عالية الأداء وعالية الطاقة.
وقت النشر: ١٠ سبتمبر ٢٠٢٤