저차원 눈사태 광검출기에 관한 새로운 연구

저차원 눈사태 광검출기에 관한 새로운 연구

소수 광자 또는 단일 광자 기술의 고감도 검출은 저조도 이미징, 원격 감지 및 원격 측정, 그리고 양자 통신과 같은 분야에서 중요한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 그중 애벌랜치 광검출기(APD)는 작은 크기, 높은 효율, 그리고 손쉬운 집적화로 인해 광전자 소자 연구 분야에서 중요한 방향으로 자리 잡았습니다. 신호 대 잡음비(SNR)는 높은 이득과 낮은 암전류를 필요로 하는 APD 광검출기의 중요한 지표입니다. 2차원(2D) 물질인 반데르발스 이종접합에 대한 연구는 고성능 APD 개발에 폭넓은 전망을 제시합니다. 중국 연구진은 바이폴라 2차원 반도체 물질인 WSe₂를 감광성 물질로 선택하고 Pt/WSe₂/Ni 구조를 신중하게 개발했습니다.APD 광검출기기존 APD의 고유한 이득 잡음 문제를 해결하기 위해 가장 잘 맞는 작업 함수를 제공합니다.

연구자들은 제안했다눈사태 광검출기Pt/WSe₂/Ni 구조를 기반으로 상온에서 fW 레벨의 극히 미약한 광 신호를 고감도로 검출하는 기술을 개발했습니다. 연구팀은 우수한 전기적 특성을 가진 2차원 반도체 물질인 WSe₂를 선택하고, 이를 Pt 및 Ni 전극 물질과 결합하여 새로운 유형의 애벌랜치 광검출기를 성공적으로 개발했습니다. Pt, WSe₂, Ni 간의 일함수 매칭을 정밀하게 최적화함으로써, 어두운 캐리어는 효과적으로 차단하고 광생성 캐리어는 선택적으로 통과시키는 수송 메커니즘을 설계했습니다. 이 메커니즘은 캐리어 충돌 이온화로 인한 과도한 잡음을 크게 줄여 광검출기가 매우 낮은 잡음 레벨에서 고감도 광 신호 검출을 달성할 수 있도록 합니다.

이 연구는 재료 공학과 인터페이스 최적화가 성능 향상에 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다.광검출기전극과 2차원 소재의 독창적인 설계를 통해 암흑 캐리어의 차폐 효과를 달성하여 잡음 간섭을 크게 줄이고 검출 효율을 더욱 향상시켰습니다. 이 검출기의 성능은 광전 특성뿐만 아니라 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 실온에서 암전류를 효과적으로 차단하고 광생성 캐리어를 효율적으로 흡수하는 이 광검출기는 환경 모니터링, 천문 관측, 광통신 등의 분야에서 미약한 광 신호 검출에 특히 적합합니다. 이 연구 성과는 저차원 소재 광검출기 개발에 새로운 아이디어를 제공할 뿐만 아니라, 고성능 저전력 광전자 소자의 미래 연구 개발을 위한 새로운 참고 자료를 제공합니다.