새로운 고감도 광검출기

새로운 고감도 광검출기

최근 다결정 갈륨이 풍부한 산화 갈륨 재료(PGR-GaOX)를 기반으로 하는 중국과학원(CAS) 연구팀은 결합 인터페이스 초전을 통해 고감도, 고응답 속도의 고광검출기를 위한 새로운 설계 전략을 처음으로 제안했습니다. 및 광전도 효과, 관련 연구는 Advanced Materials에 게재되었습니다. 고에너지 광전 검출기(심자외선(DUV)부터 X선 대역까지)는 국가 안보, 의학, 산업 과학을 포함한 다양한 분야에서 매우 중요합니다.

그러나 Si, α-Se 등 현재의 반도체 재료는 누설 전류가 크고 X선 흡수 계수가 낮아 고성능 검출 요구를 충족하기 어렵다는 문제가 있습니다. 대조적으로, 광대역 갭(WBG) 반도체 산화 갈륨 재료는 고에너지 광전 검출에 대한 큰 잠재력을 보여줍니다. 그러나 재료 측면의 불가피한 깊은 레벨 트랩과 소자 구조의 효과적인 설계 부족으로 인해 광대역 갭 반도체를 기반으로 하는 고감도 및 고응답 속도의 고에너지 광자 검출기를 구현하는 것은 어렵습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 중국 연구팀은 최초로 PGR-GaOX 기반 초전성 광전도 다이오드(PPD)를 설계했습니다. 계면 초전 효과와 광전도 효과를 결합함으로써 감지 성능이 크게 향상됩니다. PPD는 DUV와 X선 모두에 대해 높은 감도를 보였으며 응답 속도는 각각 최대 104A/W 및 105μC×Gyair-1/cm2로 유사한 재질로 만들어진 이전 감지기보다 100배 이상 높았습니다. 또한, PGR-GaOX 공핍영역의 극성대칭으로 인한 계면초전효과는 검출기의 응답속도를 0.1ms로 105배 증가시킬 수 있다. 기존 포토다이오드에 비해 자체 전력 모드 PPDS는 광 스위칭 중 초전장으로 인해 더 높은 이득을 생성합니다.

또한 PPD는 바이어스 모드에서 작동할 수 있는데, 이 모드에서는 이득이 바이어스 전압에 크게 의존하고 바이어스 전압을 증가시켜 초고이득을 달성할 수 있습니다. PPD는 낮은 에너지 소비와 고감도 이미징 향상 시스템에 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다. 이 연구는 GaOX가 유망한 고에너지 광검출기 재료임을 증명할 뿐만 아니라 고성능 고에너지 광검출기 실현을 위한 새로운 전략을 제공합니다.