ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຫິມະຫິມະພານອິນຟາເຣດລະດັບຕ່ຳ

ອິນຟາເຣດລະດັບຕ່ຳເຄື່ອງກວດຈັບພາບຫິມະ avalanche

ເຄື່ອງ​ກວດ​ຈັບ​ພາບ​ແສງ​ສະ​ຫວ່າງ​ຈາກ​ຫິມະ​ຕົກ​ອິນ​ຟາ​ເຣດ (ເຄື່ອງກວດຈັບພາບ APD) ແມ່ນ​ຫ້ອງ​ຮຽນ​ຂອງ​ອຸປະກອນ photoelectric semiconductorທີ່ຜະລິດຜົນປະໂຫຍດສູງໂດຍຜ່ານຜົນກະທົບ ionization collision, ເພື່ອບັນລຸຄວາມສາມາດໃນການກວດພົບຂອງ photons ຈໍານວນຫນ້ອຍຫຼືແມ້ກະທັ້ງ photons ດຽວ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນໂຄງສ້າງ APD photodetector ແບບດັ້ງເດີມ, ຂະບວນການກະແຈກກະຈາຍຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການທີ່ບໍ່ສົມດຸນເຮັດໃຫ້ການສູນເສຍພະລັງງານ, ເຊັ່ນວ່າແຮງດັນຂອງ avalanche threshold ປົກກະຕິແລ້ວຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ບັນລຸ 50-200 V. ນີ້ເຮັດໃຫ້ຄວາມຕ້ອງການສູງຂອງແຮງດັນຂອງອຸປະກອນແລະການອອກແບບວົງຈອນ readout, ເພີ່ມຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແລະການຈໍາກັດການນໍາໃຊ້ທີ່ກວ້າງຂວາງ.

ບໍ່ດົນມານີ້, ການຄົ້ນຄວ້າຂອງຈີນໄດ້ສະເຫນີໂຄງສ້າງໃຫມ່ຂອງ avalanche ຢູ່ໃກ້ກັບເຄື່ອງກວດຈັບ infrared ທີ່ມີແຮງດັນລະດັບ avalanche ຕ່ໍາແລະຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ. ອີງ​ຕາມ​ການ​ເຮັດ​ດ້ວຍ​ຕົນ​ເອງ doping homojunction ຂອງ​ຊັ້ນ​ປະ​ລໍາ​ມະ​ນູ​, photodetector avalanche ແກ້​ໄຂ​ກະ​ແຈກ​ກະ​ຈາຍ​ອັນ​ຕະ​ລາຍ induced ໂດຍ​ສະ​ຖາ​ນະ​ຄວາມ​ຜິດ​ພາດ​ຂອງ​ການ​ໂຕ້​ຕອບ​ທີ່​ຫຼີກ​ເວັ້ນ​ບໍ່​ໄດ້​ໃນ heterojunction​. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ພາກສະຫນາມໄຟຟ້າ "ສູງສຸດ" ທ້ອງຖິ່ນທີ່ເຂັ້ມແຂງທີ່ຖືກກະຕຸ້ນໂດຍການທໍາລາຍ symmetry ການແປແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອເສີມຂະຫຍາຍການໂຕ້ຕອບ coulomb ລະຫວ່າງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ, ສະກັດກັ້ນການກະແຈກກະຈາຍຂອງຮູບແບບ phonon off-plane dominated, ແລະບັນລຸປະສິດທິພາບສູງສອງເທົ່າຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການທີ່ບໍ່ສົມດຸນ. ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ, ພະລັງງານໃກ້ກັບຂອບເຂດຈໍາກັດທາງທິດສະດີ Eg (ເຊັ່ນ: ຊ່ອງຫວ່າງແຖບຂອງ semiconductor) ແລະຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງເຄື່ອງກວດຈັບ infrared avalanche ແມ່ນສູງເຖິງ 10000 ລະດັບ photon.

ການສຶກສານີ້ແມ່ນອີງໃສ່ຊັ້ນອະຕອມດ້ວຍຕົນເອງ doped tungsten diselenide (WSe₂) homojunction (two-dimensional transition metal chalcogenide, TMD) ທີ່ເປັນຕົວກາງເພີ່ມສໍາລັບການ avalanches ຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ. ການທໍາລາຍຄວາມສົມມາດການແປທາງກວ້າງຂອງພື້ນທີ່ແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍການອອກແບບການປ່ຽນແປງຂັ້ນຕອນທາງພູມສັນຖານເພື່ອກະຕຸ້ນໃຫ້ມີພາກສະຫນາມໄຟຟ້າ "ຮວງ" ທ້ອງຖິ່ນທີ່ເຂັ້ມແຂງຢູ່ທີ່ການໂຕ້ຕອບ homojunction mutant.

ນອກຈາກນັ້ນ, ຄວາມຫນາຂອງປະລໍາມະນູສາມາດສະກັດກັ້ນກົນໄກການກະແຈກກະຈາຍທີ່ຖືກຄອບງໍາໂດຍໂຫມດ phonon, ແລະຮັບຮູ້ຂະບວນການເລັ່ງແລະການຄູນຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການທີ່ບໍ່ສົມດຸນກັບການສູນເສຍຕ່ໍາຫຼາຍ. ນີ້ນໍາເອົາພະລັງງານ avalanche ໃກ້ຈະເຂົ້າສູ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງຢູ່ໃກ້ກັບຂອບເຂດຈໍາກັດທາງທິດສະດີເຊັ່ນ bandgap ອຸປະກອນການ semiconductor Eg. ແຮງດັນລະດັບແຮງດັນຂອງ avalanche ໄດ້ຖືກຫຼຸດລົງຈາກ 50 V ເປັນ 1.6 V, ອະນຸຍາດໃຫ້ນັກຄົ້ນຄວ້ານໍາໃຊ້ວົງຈອນດິຈິຕອນແຮງດັນຕ່ໍາທີ່ແກ່ແລ້ວເພື່ອຂັບ avalanche ໄດ້.ເຄື່ອງກວດຈັບພາບເຊັ່ນດຽວກັນກັບໄດ diodes ແລະ transistors. ການສຶກສານີ້ຮັບຮູ້ເຖິງການປ່ຽນ ແລະການນຳໃຊ້ພະລັງງານຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການທີ່ບໍ່ສົມດຸນກັນຢ່າງມີປະສິດທິພາບຜ່ານການອອກແບບຜົນຄູນ avalanche ລະດັບຕ່ຳ, ເຊິ່ງໃຫ້ທັດສະນະໃໝ່ສຳລັບການພັດທະນາຂອງລຸ້ນຕໍ່ໄປຂອງເທັກໂນໂລຍີການກວດຫາອິນຟາເລດທີ່ມີຄວາມລະອຽດອ່ອນ, ລະດັບຕໍ່າ ແລະ avalanche ສູງ.