새로운 고감도 광검출기

새로운고감도 광검출기

최근 중국과학원(CAS) 연구팀은 다결정 갈륨이 풍부한 산화갈륨 소재(PGR-GaOX)를 기반으로 고감도, 고속 응답을 위한 새로운 설계 전략을 처음으로 제안했습니다.광검출기계면 열전기 및 광전도 효과를 결합함으로써, 관련 연구는 Advanced Materials에 게재되었습니다. 고에너지광전 검출기(심자외선(DUV)부터 X선 대역까지)은 국가 안보, 의학, 산업 과학 등 다양한 분야에서 중요합니다.

그러나 Si 및 α-Se와 같은 현재 반도체 재료는 누설 전류가 크고 X선 흡수 계수가 낮다는 문제가 있어 고성능 검출 요구를 충족하기 어렵습니다. 반면, 와이드 밴드 갭(WBG) 반도체 갈륨 산화물 재료는 고에너지 광전 검출에 큰 잠재력을 보여줍니다. 그러나 재료 측면에서 불가피한 깊은 레벨 트랩과 소자 구조의 효과적인 설계 부족으로 인해 와이드 밴드 갭 반도체를 기반으로 고감도 및 고속 응답 속도의 고에너지 광자 검출기를 구현하는 데 어려움이 있습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 중국의 한 연구팀은 PGR-GaOX를 기반으로 한 초전도 광전도 다이오드(PPD)를 처음으로 설계했습니다. 계면 초전 효과와 광전도 효과를 결합함으로써 검출 성능이 크게 향상되었습니다. PPD는 DUV와 X선 모두에 높은 감도를 보였으며, 각각 최대 104A/W와 105μC×Gyair-1/cm²의 응답 속도를 보였으며, 이는 기존 유사 소재 검출기보다 100배 이상 높은 수치입니다. 또한, PGR-GaOX 공핍 영역의 극성 대칭으로 인한 계면 초전 효과는 검출기의 응답 속도를 105배 증가시켜 0.1ms까지 높일 수 있습니다. 기존 광전 다이오드와 비교했을 때, 자가 구동 모드 PPDS는 광 스위칭 중 초전계로 인해 더 높은 이득을 생성합니다.

또한, PPD는 바이어스 모드에서 작동할 수 있는데, 이 모드에서는 이득이 바이어스 전압에 크게 의존하며, 바이어스 전압을 증가시키면 매우 높은 이득을 얻을 수 있습니다. PPD는 저에너지 소비 및 고감도 영상 향상 시스템에서 뛰어난 응용 잠재력을 가지고 있습니다. 이 연구는 GaOX가 유망한고에너지 광검출기재료일 뿐만 아니라 고성능 고에너지 광검출기를 실현하기 위한 새로운 전략도 제공합니다.