كاشف ضوئي جديد عالي الحساسية

جديدكاشف ضوئي عالي الحساسية

في الآونة الأخيرة، اقترح فريق بحثي في ​​الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) استراتيجية تصميم جديدة لأول مرة، تعتمد على مواد أكسيد الغاليوم الغنية بالغاليوم متعددة البلورات (PGR-GaOX)، لتحقيق حساسية عالية وسرعة استجابة عالية.كاشف ضوئيمن خلال تأثيرات التوصيل الحراري والضوئي المترافقة بين السطح البيني، وقد نُشر البحث ذو الصلة في مجلة المواد المتقدمة. طاقة عاليةكاشفات كهروضوئية(من نطاقات الأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) إلى نطاقات الأشعة السينية) تعتبر بالغة الأهمية في مجموعة متنوعة من المجالات، بما في ذلك الأمن القومي والطب والعلوم الصناعية.

مع ذلك، تعاني مواد أشباه الموصلات الحالية، مثل السيليكون والسيلينيوم ألفا، من مشكلة تيار التسريب العالي ومعامل امتصاص الأشعة السينية المنخفض، مما يصعب معه تلبية متطلبات الكشف عالي الأداء. في المقابل، تُظهر مواد أكسيد الغاليوم شبه الموصلة ذات فجوة النطاق العريض إمكانات كبيرة للكشف الكهروضوئي عالي الطاقة. إلا أنه نظرًا لوجود مصائد مستويات عميقة حتمية على جانب المادة، ونقص التصميم الفعال لبنية الجهاز، يُعدّ تحقيق كاشفات فوتونات عالية الحساسية وسريعة الاستجابة تعتمد على أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض تحديًا كبيرًا. ولمعالجة هذه التحديات، صمّم فريق بحثي في ​​الصين، ولأول مرة، ثنائيًا كهروضوئيًا حراريًا (PPD) قائمًا على PGR-GaOX. ومن خلال دمج التأثير الكهروضوئي السطحي مع تأثير التوصيل الضوئي، تحسّن أداء الكشف بشكل ملحوظ. أظهر كاشف PPD حساسية عالية لكل من الأشعة فوق البنفسجية العميقة والأشعة السينية، بمعدلات استجابة تصل إلى 10⁴ أمبير/واط و10⁵ ميكروكولوم×جراي/سم² على التوالي، أي أكثر من 100 ضعف مقارنةً بالكاشفات السابقة المصنوعة من مواد مماثلة. إضافةً إلى ذلك، يمكن لتأثير الكهروحرارة السطحي الناتج عن التناظر القطبي لمنطقة استنزاف PGR-GaOX أن يزيد من سرعة استجابة الكاشف بمقدار 10⁵ ضعف لتصل إلى 0.1 مللي ثانية. وبالمقارنة مع الثنائيات الضوئية التقليدية، تُنتج كاشفات PPDS ذاتية التغذية كسبًا أعلى بفضل المجالات الكهروحرارية أثناء تبديل الضوء.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتقنية PPD العمل في وضع الانحياز، حيث يعتمد الكسب بشكل كبير على جهد الانحياز، ويمكن تحقيق كسب فائق عن طريق زيادة جهد الانحياز. تتمتع تقنية PPD بإمكانات تطبيقية كبيرة في أنظمة تحسين التصوير منخفضة استهلاك الطاقة وعالية الحساسية. لا يثبت هذا العمل فقط أن GaOX مادة واعدة، بل يثبت أيضًا أن GaOX مادة واعدة.كاشف ضوئي عالي الطاقةكما أنها توفر استراتيجية جديدة لتحقيق أجهزة كشف ضوئية عالية الأداء وعالية الطاقة.