နှစ်ပိုင်းနှစ်ဖက်မြင် နှင်းလျှောစီးမှု ဓာတ်မှန်ရိုက်ကိရိယာ

နှစ်ပိုင်းနှစ်မျိုးနှင်းထုပြိုကျမှု ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ

နှစ်ဘက်မြင် နှင်းလျှောစီး အလင်းရှာဖွေကိရိယာ (bipolar two-dimensional avalanche photodetector)APD အလင်းရှာဖွေကိရိယာ) အလွန်နိမ့်သော ဆူညံသံနှင့် မြင့်မားသော အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို ရရှိသည်

ဖိုတွန်အနည်းငယ် သို့မဟုတ် ဖိုတွန်တစ်ခုတည်းကိုပင် မြင့်မားသော အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို ထောက်လှမ်းခြင်းသည် အလင်းအားနည်းသောပုံရိပ်ဖော်ခြင်း၊ အဝေးထိန်းအာရုံခံခြင်းနှင့် တယ်လီမက်ထရီနှင့် ကွမ်တမ်ဆက်သွယ်ရေးကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များတွင် အရေးကြီးသော အသုံးချမှုအလားအလာများရှိသည်။ ၎င်းတို့အနက်၊ avalanche photodetector (APD) သည် အရွယ်အစားသေးငယ်ခြင်း၊ စွမ်းဆောင်ရည်မြင့်မားခြင်းနှင့် ပေါင်းစပ်ရလွယ်ကူခြင်းတို့၏ ဝိသေသလက္ခဏာများကြောင့် optoelectronic device သုတေသနနယ်ပယ်တွင် အရေးကြီးသော ဦးတည်ချက်တစ်ခု ဖြစ်လာခဲ့သည်။ signal-to-noise ratio (SNR) သည် APD photodetector ၏ အရေးကြီးသော အညွှန်းကိန်းတစ်ခုဖြစ်ပြီး gain မြင့်မားခြင်းနှင့် မှောင်မိုက်လျှပ်စီးကြောင်းနည်းပါးခြင်း လိုအပ်ပါသည်။ two-dimensional (2D) ပစ္စည်းများ၏ van der Waals heterojunctions ဆိုင်ရာ သုတေသနသည် မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည် APD များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုတွင် ကျယ်ပြန့်သော အလားအလာများကို ပြသသည်။ တရုတ်နိုင်ငံမှ သုတေသီများသည် photosensitive ပစ္စည်းအဖြစ် bipolar two-dimensional semiconductor ပစ္စည်း WSe₂ ကို ရွေးချယ်ခဲ့ပြီး အကောင်းဆုံးကိုက်ညီသော လုပ်ဆောင်ချက်ရှိသည့် Pt/WSe₂/Ni ဖွဲ့စည်းပုံဖြင့် ဂရုတစိုက်ပြင်ဆင်ထားသော APD photodetector သည် ရိုးရာ APD photodetector ၏ inherent gain noise ပြဿနာကို ဖြေရှင်းရန်ဖြစ်သည်။

သုတေသနအဖွဲ့သည် Pt/WSe₂/Ni ဖွဲ့စည်းပုံကိုအခြေခံသည့် avalanche photodetector တစ်ခုကို အဆိုပြုခဲ့ပြီး အခန်းအပူချိန်တွင် fW အဆင့်တွင် အလွန်အားနည်းသော အလင်းအချက်ပြမှုများကို အလွန်အာရုံခံနိုင်စွမ်းရှိသော ထောက်လှမ်းမှုကို ရရှိခဲ့ပါသည်။ ၎င်းတို့သည် အလွန်ကောင်းမွန်သော လျှပ်စစ်ဂုဏ်သတ္တိများရှိသော two-dimensional semiconductor ပစ္စည်း WSe₂ ကို ရွေးချယ်ခဲ့ပြီး Pt နှင့် Ni electrode ပစ္စည်းများကို ပေါင်းစပ်ကာ avalanche photodetector အမျိုးအစားအသစ်ကို အောင်မြင်စွာ တီထွင်ခဲ့ပါသည်။ Pt၊ WSe₂ နှင့် Ni အကြား အလုပ်လုပ်ဆောင်ချက် ကိုက်ညီမှုကို တိကျစွာ အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ခြင်းဖြင့်၊ photogenerated carrier များကို ရွေးချယ်၍ ဖြတ်သန်းခွင့်ပြုနေစဉ်တွင် မှောင်မိုက်သော carrier များကို ထိရောက်စွာပိတ်ဆို့နိုင်သည့် transport ယန္တရားတစ်ခုကို ဒီဇိုင်းထုတ်ခဲ့ပါသည်။ ဤယန္တရားသည် carrier impact ionization ကြောင့်ဖြစ်ပေါ်လာသော အလွန်အကျွံဆူညံသံကို သိသိသာသာလျှော့ချပေးပြီး photodetector အား အလွန်နိမ့်သောဆူညံသံအဆင့်တွင် အလွန်အာရုံခံနိုင်သော optical signal ထောက်လှမ်းမှုကို ရရှိစေပါသည်။

ထို့နောက်၊ အားနည်းသောလျှပ်စစ်စက်ကွင်းကြောင့်ဖြစ်ပေါ်လာသော avalanche effect နောက်ကွယ်ရှိယန္တရားကိုရှင်းလင်းစေရန်အတွက်၊ သုတေသီများသည် WSe₂ နှင့် မတူညီသောသတ္တုများ၏ inherent work function များ၏ တွဲဖက်အသုံးပြုနိုင်မှုကို ဦးစွာအကဲဖြတ်ခဲ့ကြသည်။ မတူညီသောသတ္တုလျှပ်ကူးပစ္စည်းများပါရှိသော metal-semiconductor-metal (MSM) စက်ပစ္စည်းများကို ထုတ်လုပ်ခဲ့ပြီး သက်ဆိုင်ရာစမ်းသပ်မှုများ ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ avalanche မစတင်မီ carrier scattering ကို လျှော့ချခြင်းဖြင့် impact ionization ၏ randomness ကို လျော့ပါးစေပြီး noise ကို လျှော့ချပေးနိုင်သည်။ ထို့ကြောင့် သက်ဆိုင်ရာစမ်းသပ်မှုများကို ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ အချိန်တုံ့ပြန်မှုလက္ခဏာများအရ Pt/WSe₂/Ni APD ၏ သာလွန်မှုကို ပိုမိုပြသရန်အတွက်၊ သုတေသီများသည် မတူညီသော photoelectric gain တန်ဖိုးများအောက်တွင် စက်ပစ္စည်း၏ -3 dB bandwidth ကို ထပ်မံအကဲဖြတ်ခဲ့ကြသည်။

စမ်းသပ်မှုရလဒ်များအရ Pt/WSe₂/Ni ထောက်လှမ်းကိရိယာသည် အခန်းအပူချိန်တွင် အလွန်နိမ့်သော ဆူညံသံညီမျှပါဝါ (NEP) ကို ပြသထားပြီး 8.07 fW/√Hz သာရှိသည်။ ဆိုလိုသည်မှာ ထောက်လှမ်းကိရိယာသည် အလွန်အားနည်းသော optical signal များကို ခွဲခြားသတ်မှတ်နိုင်သည်။ ထို့အပြင်၊ ဤကိရိယာသည် 5×10⁵ မြင့်မားသော gain ဖြင့် 20 kHz ၏ modulation frequency တွင် တည်ငြိမ်စွာလည်ပတ်နိုင်ပြီး မြင့်မားသော gain နှင့် bandwidth ကို ဟန်ချက်ညီအောင်ထိန်းညှိရန်ခက်ခဲသော ရိုးရာ photovoltaic ထောက်လှမ်းကိရိယာများ၏ နည်းပညာဆိုင်ရာ အတားအဆီးကို အောင်မြင်စွာဖြေရှင်းနိုင်သည်။ ဤအင်္ဂါရပ်သည် မြင့်မားသော gain နှင့် ဆူညံသံနည်းပါးသော အပလီကေးရှင်းများတွင် သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်များ ပေးစွမ်းနိုင်လိမ့်မည်ဟု မျှော်လင့်ရသည်။

ဤသုတေသနပြုချက်သည် စွမ်းဆောင်ရည်မြှင့်တင်ရာတွင် ပစ္စည်းအင်ဂျင်နီယာနှင့် interface optimization ၏ အရေးပါသောအခန်းကဏ္ဍကို ပြသထားသည်။ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများ။ အီလက်ထရုတ်များနှင့် နှစ်ဘက်မြင်ပစ္စည်းများ၏ လိမ္မာပါးနပ်သော ဒီဇိုင်းမှတစ်ဆင့် မှောင်မိုက်သော သယ်ဆောင်သူများ၏ အကာအကွယ်ပေးသည့် အာနိသင်ကို ရရှိခဲ့ပြီး၊ ဆူညံသံဝင်ရောက်စွက်ဖက်မှုကို သိသိသာသာ လျှော့ချပေးပြီး ထောက်လှမ်းမှုစွမ်းဆောင်ရည်ကို ပိုမိုတိုးတက်စေပါသည်။

ဤထောက်လှမ်းကိရိယာ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို photoelectric ဝိသေသလက္ခဏာများတွင် ထင်ဟပ်စေရုံသာမက ကျယ်ပြန့်သော အသုံးချမှု အလားအလာများလည်း ရှိပါသည်။ အခန်းအပူချိန်တွင် မှောင်မိုက်လျှပ်စီးကြောင်းကို ထိရောက်စွာ ပိတ်ဆို့ခြင်းနှင့် photogenerated carriers များကို ထိရောက်စွာ စုပ်ယူခြင်းတို့ဖြင့် ဤထောက်လှမ်းကိရိယာသည် ပတ်ဝန်းကျင်စောင့်ကြည့်ခြင်း၊ နက္ခတ္တဗေဒဆိုင်ရာ လေ့လာစောင့်ကြည့်ခြင်းနှင့် optical communication ကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များတွင် အားနည်းသော အလင်းအချက်ပြမှုများကို ထောက်လှမ်းရန်အတွက် အထူးသင့်လျော်ပါသည်။ ဤသုတေသနအောင်မြင်မှုသည် low-dimensional material photodetectors များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေးအတွက် အကြံဥာဏ်အသစ်များကို ပေးစွမ်းရုံသာမက မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်နှင့် low-power optoelectronic devices များ၏ အနာဂတ်သုတေသနနှင့် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေးအတွက် ကိုးကားချက်အသစ်များကိုလည်း ပေးဆောင်ပါသည်။