ເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມສອງມິຕິແບບສອງຂົ້ວ

ສອງມິຕິສອງຂົ້ວເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ

ເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມສອງມິຕິແບບໄບໂພລາ (Bipolar two-dimensional avalanche detector)ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD) ບັນລຸສຽງລົບກວນຕໍ່າຫຼາຍ ແລະ ການກວດຈັບຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ

ການກວດຈັບໂຟຕອນຈຳນວນໜ້ອຍ ຫຼື ໂຟຕອນດຽວທີ່ມີຄວາມອ່ອນໄຫວສູງມີທ່າແຮງການນຳໃຊ້ທີ່ສຳຄັນໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການຖ່າຍພາບແສງອ່ອນ, ການສຳຫຼວດໄລຍະໄກ ແລະ ການວັດແທກທາງໄກ, ແລະ ການສື່ສານຄວອນຕຳ. ໃນນັ້ນ, ເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ (APD) ໄດ້ກາຍເປັນທິດທາງທີ່ສຳຄັນໃນຂົງເຂດການຄົ້ນຄວ້າອຸປະກອນອໍໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ ເນື່ອງຈາກລັກສະນະຂອງຂະໜາດນ້ອຍ, ປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ການເຊື່ອມໂຍງງ່າຍ. ອັດຕາສ່ວນສັນຍານຕໍ່ສຽງລົບກວນ (SNR) ເປັນຕົວຊີ້ວັດທີ່ສຳຄັນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD, ເຊິ່ງຕ້ອງການກຳລັງສູງ ແລະ ກະແສມືດຕ່ຳ. ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບ heterojunctions van der Waals ຂອງວັດສະດຸສອງມິຕິ (2D) ສະແດງໃຫ້ເຫັນທ່າແຮງທີ່ກວ້າງຂວາງໃນການພັດທະນາ APD ປະສິດທິພາບສູງ. ນັກຄົ້ນຄວ້າຈາກປະເທດຈີນໄດ້ເລືອກວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳສອງມິຕິໄບໂພລາ WSe₂ ເປັນວັດສະດຸທີ່ອ່ອນໄຫວຕໍ່ແສງ ແລະ ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD ທີ່ກະກຽມຢ່າງລະອຽດດ້ວຍໂຄງສ້າງ Pt/WSe₂/Ni ທີ່ມີໜ້າທີ່ການເຮັດວຽກທີ່ກົງກັນທີ່ສຸດ, ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາສຽງລົບກວນຈາກກຳລັງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD ແບບດັ້ງເດີມ.

ທີມງານຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສະເໜີເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມໂດຍອີງໃສ່ໂຄງສ້າງ Pt/WSe₂/Ni, ເຊິ່ງສາມາດບັນລຸການກວດພົບສັນຍານແສງທີ່ອ່ອນແອຫຼາຍໃນລະດັບ fW ທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງທີ່ມີຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ. ພວກເຂົາໄດ້ເລືອກວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳສອງມິຕິ WSe₂, ເຊິ່ງມີຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າທີ່ດີເລີດ, ແລະ ລວມເອົາວັດສະດຸເອເລັກໂຕຣດ Pt ແລະ Ni ເພື່ອພັດທະນາເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມປະເພດໃໝ່ໃຫ້ປະສົບຜົນສຳເລັດ. ໂດຍການປັບປຸງໜ້າທີ່ການເຮັດວຽກທີ່ກົງກັນລະຫວ່າງ Pt, WSe₂ ແລະ Ni ຢ່າງແນ່ນອນ, ກົນໄກການຂົນສົ່ງໄດ້ຖືກອອກແບບມາທີ່ສາມາດສະກັດກັ້ນຕົວນຳມືດໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ ໃນຂະນະທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ຕົວນຳທີ່ສ້າງຂຶ້ນດ້ວຍແສງຜ່ານໄດ້ຢ່າງເລືອກເຟັ້ນ. ກົນໄກນີ້ຫຼຸດຜ່ອນສຽງລົບກວນທີ່ເກີນຂອບເຂດທີ່ເກີດຈາກການໄອອອນໄນເຊຊັນຜົນກະທົບຂອງຕົວນຳຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຮັດໃຫ້ເຄື່ອງກວດຈັບແສງສາມາດບັນລຸການກວດພົບສັນຍານແສງທີ່ມີຄວາມອ່ອນໄຫວສູງໃນລະດັບສຽງລົບກວນທີ່ຕ່ຳຫຼາຍ.

ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ເພື່ອໃຫ້ເຂົ້າໃຈກົນໄກທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫຼັງຜົນກະທົບຂອງຫິມະຖະຫຼົ່ມທີ່ເກີດຈາກສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ອ່ອນແອ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ປະເມີນຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງໜ້າທີ່ການເຮັດວຽກທີ່ມີຢູ່ໃນໂລຫະຕ່າງໆກັບ WSe₂. ຊຸດຂອງອຸປະກອນໂລຫະ-ເຄິ່ງຕົວນຳ-ໂລຫະ (MSM) ທີ່ມີເອເລັກໂຕຣດໂລຫະທີ່ແຕກຕ່າງກັນໄດ້ຖືກປະດິດຂຶ້ນ ແລະ ການທົດສອບທີ່ກ່ຽວຂ້ອງໄດ້ຖືກດຳເນີນກັບພວກມັນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນການກະແຈກກະຈາຍຂອງຕົວນຳກ່ອນທີ່ຫິມະຖະຫຼົ່ມຈະເລີ່ມຕົ້ນ, ຄວາມສຸ່ມຂອງການໄອອອນໄນເຊຊັນຜົນກະທົບສາມາດຫຼຸດຜ່ອນໄດ້, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນສຽງລົບກວນ. ດັ່ງນັ້ນ, ການທົດສອບທີ່ກ່ຽວຂ້ອງໄດ້ຖືກດຳເນີນ. ເພື່ອສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມເໜືອກວ່າຂອງ Pt/WSe₂/Ni APD ໃນແງ່ຂອງລັກສະນະການຕອບສະໜອງຕໍ່ເວລາ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ປະເມີນແບນວິດ -3 dB ຂອງອຸປະກອນພາຍໃຕ້ຄ່າການຮັບແສງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ຜົນການທົດລອງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເຄື່ອງກວດຈັບ Pt/WSe₂/Ni ສະແດງໃຫ້ເຫັນພະລັງງານທຽບເທົ່າສຽງລົບກວນຕໍ່າຫຼາຍ (NEP) ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງ, ເຊິ່ງມີພຽງແຕ່ 8.07 fW/√Hz ເທົ່ານັ້ນ. ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າເຄື່ອງກວດຈັບສາມາດລະບຸສັນຍານທາງແສງທີ່ອ່ອນແອຫຼາຍ. ນອກຈາກນັ້ນ, ອຸປະກອນນີ້ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງໝັ້ນຄົງທີ່ຄວາມຖີ່ການມອດູເລດ 20 kHz ດ້ວຍອັດຕາຂະຫຍາຍສູງ 5×10⁵, ເຊິ່ງແກ້ໄຂບັນຫາທາງເທັກນິກຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງອາທິດແບບດັ້ງເດີມທີ່ຍາກທີ່ຈະດຸ່ນດ່ຽງອັດຕາຂະຫຍາຍສູງ ແລະ ແບນວິດໄດ້ຢ່າງສຳເລັດຜົນ. ຄຸນສົມບັດນີ້ຄາດວ່າຈະໃຫ້ມັນມີຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ສຳຄັນໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການອັດຕາຂະຫຍາຍສູງ ແລະ ສຽງລົບກວນຕໍ່າ.

ການຄົ້ນຄວ້ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງບົດບາດສຳຄັນຂອງວິສະວະກຳວັດສະດຸ ແລະ ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງການໂຕ້ຕອບໃນການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບຜ່ານການອອກແບບທີ່ສະຫຼາດຂອງເອເລັກໂຕຣດ ແລະ ວັດສະດຸສອງມິຕິ, ຜົນກະທົບຂອງການປ້ອງກັນຂອງຕົວນຳທີ່ມືດໄດ້ບັນລຸໄດ້, ເຊິ່ງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການລົບກວນສຽງລົບກວນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແລະ ປັບປຸງປະສິດທິພາບການກວດຈັບຕື່ມອີກ.

ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງກວດຈັບນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນໃນຄຸນລັກສະນະຂອງໂຟໂຕເອເລັກຕຣິກເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງມີທ່າແຮງໃນການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ. ດ້ວຍການສະກັດກັ້ນກະແສໄຟຟ້າມືດຢ່າງມີປະສິດທິພາບຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງ ແລະ ການດູດຊຶມສານພາຫະນະທີ່ສ້າງຂຶ້ນດ້ວຍໂຟໂຕເອເລັກຕຣິກຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ເຄື່ອງກວດຈັບນີ້ຈຶ່ງເໝາະສົມໂດຍສະເພາະສຳລັບການກວດຈັບສັນຍານແສງທີ່ອ່ອນແອໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການຕິດຕາມກວດກາສິ່ງແວດລ້ອມ, ການສັງເກດການທາງດາລາສາດ, ແລະ ການສື່ສານທາງແສງ. ຜົນສຳເລັດການຄົ້ນຄວ້ານີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ໃຫ້ແນວຄວາມຄິດໃໝ່ສຳລັບການພັດທະນາເຄື່ອງກວດຈັບໂຟໂຕເອເລັກຕຣິກວັດສະດຸທີ່ມີມິຕິຕ່ຳເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງສະເໜີເອກະສານອ້າງອີງໃໝ່ສຳລັບການຄົ້ນຄວ້າ ແລະ ການພັດທະນາໃນອະນາຄົດຂອງອຸປະກອນອອບໂຕເອເລັກຕຣິກທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ພະລັງງານຕ່ຳ.