저임계 적외선 애벌랜치 광검출기

낮은 임계값 적외선눈사태 광검출기

적외선 애벌랜치 광검출기(APD 광검출기)는 클래스입니다.반도체 광전 소자충돌 이온화 효과를 통해 높은 이득을 얻어 소수의 광자 또는 단일 광자까지 검출할 수 있는 특성을 지닌 APD 광검출기가 있습니다. 그러나 기존의 APD 광검출기 구조에서는 비평형 전하 운반체 산란 과정으로 인해 에너지 손실이 발생하여 애벌랜치 임계 전압이 일반적으로 50~200V에 달해야 합니다. 이는 소자의 구동 전압 및 판독 회로 설계에 높은 요구 조건을 부과하여 비용을 증가시키고 광범위한 응용 분야를 제한합니다.

최근 중국 연구팀은 낮은 문턱 전압과 높은 감도를 갖는 새로운 구조의 근적외선 애벌랜치 검출기를 제안했습니다. 원자층의 자가 도핑 동종 접합을 기반으로 하는 이 애벌랜치 광검출기는 이종 접합에서 불가피하게 발생하는 계면 결함 상태로 인한 유해한 산란 문제를 해결합니다. 또한, 병진 대칭성 파괴로 유도되는 강한 국부적 "피크" 전기장을 이용하여 전하 운반체 간의 쿨롱 상호작용을 강화하고, 면외 포논 모드에 의한 산란을 억제하며, 비평형 전하 운반체의 높은 배가 효율을 달성합니다. 상온에서 문턱 에너지는 이론적 한계값인 Eg(Eg는 반도체의 밴드갭)에 근접하며, 이 적외선 애벌랜치 검출기의 검출 감도는 최대 10,000 광자 수준에 달합니다.

본 연구는 원자층 자가 도핑된 이셀렌화텅스텐(WSe₂) 동종 접합(2차원 전이 금속 칼코게나이드, TMD)을 전하 운반체 사태의 이득 매질로 활용한다. 공간적 병진 대칭성 파괴는 지형적 계단 변형을 설계하여 변형된 동종 접합 계면에서 강한 국부적 "스파이크" 전기장을 유도함으로써 달성된다.

또한, 원자 두께는 포논 모드에 의해 지배되는 산란 메커니즘을 억제하고, 매우 낮은 손실로 비평형 전하 운반체의 가속 및 증폭 과정을 실현할 수 있습니다. 이는 상온에서의 애벌랜치 임계 에너지를 이론적 한계, 즉 반도체 물질의 밴드갭 Eg에 가깝게 만듭니다. 애벌랜치 임계 전압은 50V에서 1.6V로 감소하여 연구자들이 기존의 저전압 디지털 회로를 사용하여 애벌랜치를 구동할 수 있게 되었습니다.광검출기또한 구동 다이오드와 트랜지스터에도 적용됩니다. 본 연구는 낮은 문턱값의 애벌랜치 증폭 효과 설계를 통해 비평형 캐리어 에너지의 효율적인 변환 및 활용을 실현함으로써 차세대 고감도, 저문턱, 고이득 애벌랜치 적외선 검출 기술 개발에 새로운 관점을 제시합니다.