Véhicule autonome haute performancephotodétecteur infrarouge
infrarougephotodétecteurIl présente de solides caractéristiques anti-interférence, une excellente capacité de reconnaissance des cibles, un fonctionnement par tous les temps et une excellente dissimulation. Il joue un rôle de plus en plus important dans des domaines tels que la médecine, l'armée, les technologies spatiales et l'ingénierie environnementale. Parmi ces domaines, on trouve le système autonome.détection photoélectriqueLes puces fonctionnant de manière autonome sans alimentation externe supplémentaire ont suscité un vif intérêt dans le domaine de la détection infrarouge en raison de leurs performances uniques (indépendance énergétique, sensibilité et stabilité élevées, etc.). En revanche, les puces de détection photoélectrique traditionnelles, telles que les puces infrarouges à base de silicium ou à semi-conducteurs à bande interdite étroite, nécessitent non seulement des tensions de polarisation supplémentaires pour piloter la séparation des porteurs photogénérés et produire des photocourants, mais également des systèmes de refroidissement supplémentaires pour réduire le bruit thermique et améliorer la réactivité. Par conséquent, il est devenu difficile de répondre aux nouveaux concepts et exigences de la prochaine génération de puces de détection infrarouge, telles que la faible consommation d'énergie, la taille compacte, le faible coût et les performances élevées.
Récemment, des équipes de recherche chinoises et suédoises ont proposé une nouvelle puce de détection photoélectrique infrarouge à ondes courtes (SWIR) auto-pilotée à hétérojonction pin, basée sur des films de nanorubans de graphène (GNR), de l'alumine et du silicium monocristallin. Sous l'effet combiné de l'effet de grille optique déclenché par l'interface hétérogène et du champ électrique intégré, la puce a démontré des performances de réponse et de détection ultra-élevées à tension de polarisation nulle. La puce de détection photoélectrique présente un taux de réponse A pouvant atteindre 75,3 A/W en mode auto-piloté, un taux de détection de 7,5 × 10¹⁴ Jones et un rendement quantique externe proche de 104 %, améliorant les performances de détection du même type de puces à base de silicium d'un record de 7 ordres de grandeur. De plus, en mode de pilotage conventionnel, le taux de réponse, le taux de détection et le rendement quantique externe de la puce atteignent respectivement 843 A/W, 10¹⁵ Jones et 105 %, soit les valeurs les plus élevées rapportées par les recherches actuelles. Parallèlement, ces recherches ont également démontré l'application concrète de la puce de détection photoélectrique dans les domaines de la communication optique et de l'imagerie infrarouge, mettant en évidence son immense potentiel d'application.
Afin d'étudier systématiquement les performances photoélectriques du photodétecteur à base de nanorubans de graphène /Al₂O₃/ silicium monocristallin, les chercheurs ont testé ses réponses caractéristiques statiques (courbe courant-tension) et dynamiques (courbe courant-temps). Pour évaluer systématiquement les caractéristiques de réponse optique du photodétecteur à hétérostructure de nanorubans de graphène /Al₂O₃/ silicium monocristallin sous différentes tensions de polarisation, les chercheurs ont mesuré la réponse dynamique en courant du dispositif à des polarisations de 0 V, -1 V, -3 V et -5 V, avec une densité de puissance optique de 8,15 μW/cm². Le photocourant augmente avec la polarisation inverse et présente une vitesse de réponse rapide à toutes les tensions de polarisation.
Finalement, les chercheurs ont fabriqué un système d'imagerie et ont réussi à obtenir une imagerie infrarouge courte auto-alimentée. Le système fonctionne sans polarisation et ne consomme aucune énergie. La capacité d'imagerie du photodétecteur a été évaluée à l'aide d'un masque noir avec un motif en « T » (voir figure 1).
En conclusion, cette recherche a permis de fabriquer des photodétecteurs auto-alimentés à base de nanorubans de graphène et d'atteindre un taux de réponse record. Parallèlement, les chercheurs ont démontré avec succès les capacités de communication optique et d'imagerie de ces dispositifs.photodétecteur hautement réactifCette réalisation de recherche fournit non seulement une approche pratique pour le développement de nanorubans de graphène et de dispositifs optoélectroniques à base de silicium, mais démontre également leurs excellentes performances en tant que photodétecteurs infrarouges à ondes courtes auto-alimentés.
Date de publication : 28 avril 2025