저임계값 적외선 눈사태 광검출기

낮은 임계값 적외선눈사태 광검출기

적외선 눈사태 광검출기(APD 광검출기)는 클래스입니다반도체 광전소자충돌 이온화 효과를 통해 높은 이득을 생성하여 소수 광자 또는 단일 광자 검출 능력을 달성하는 APD 광검출기 구조. 그러나 기존의 APD 광검출기 구조에서는 비평형 캐리어 산란 과정으로 인해 에너지 손실이 발생하여 애벌랜치 문턱 전압이 일반적으로 50~200V에 도달해야 합니다. 이로 인해 장치의 구동 전압과 판독 회로 설계에 대한 요구가 높아져 비용이 증가하고 응용 분야가 제한됩니다.

최근 중국 연구에서 낮은 애벌랜치 문턱 전압과 높은 감도를 가진 새로운 구조의 근적외선 애벌랜치 검출기가 제안되었습니다. 원자층의 자가 도핑 호모접합을 기반으로 하는 애벌랜치 광검출기는 헤테로접합에서 불가피한 계면 결함 상태로 인한 유해한 산란을 해결합니다. 또한, 병진 대칭성 파괴로 인해 발생하는 강한 국소 "피크" 전기장을 이용하여 캐리어 간의 쿨롱 상호작용을 향상시키고, 평면 외 포논 모드가 지배하는 산란을 억제하며, 비평형 캐리어의 높은 배가 효율을 달성합니다. 실온에서 문턱 에너지는 이론 한계 Eg(Eg는 반도체의 밴드갭)에 가깝고, 적외선 애벌랜치 검출기의 검출 감도는 최대 10,000 광자 수준입니다.

본 연구는 전하 캐리어 애벌랜치(avalanche)의 이득 매질로서 원자층 자가 도핑 텅스텐 디셀레나이드(WSe₂) 호모접합(2차원 전이 금속 칼코게나이드, TMD)을 기반으로 한다. 공간적 병진 대칭성 파괴는 지형 단계 돌연변이를 설계하여 돌연변이 호모접합 계면에 강한 국소적 "스파이크" 전기장을 유도함으로써 달성된다.

또한, 원자 두께는 포논 모드에 의해 지배되는 산란 메커니즘을 억제하고, 매우 낮은 손실로 비평형 캐리어의 가속 및 증폭 과정을 구현할 수 있습니다. 이를 통해 실온에서 애벌랜치 임계 에너지를 이론적인 한계, 즉 반도체 재료 밴드갭에 근접하게 할 수 있습니다. 애벌랜치 임계 전압은 50V에서 1.6V로 낮아져 연구진은 완성도 높은 저전압 디지털 회로를 사용하여 애벌랜치를 구동할 수 있었습니다.광검출기구동 다이오드와 트랜지스터도 포함됩니다. 본 연구는 저역치 애벌랜치 증폭 효과의 설계를 통해 비평형 캐리어 에너지의 효율적인 변환 및 활용을 실현했으며, 이는 차세대 고감도, 저역치, 고이득 애벌랜치 적외선 감지 기술 개발에 새로운 지평을 제시합니다.