Autonome haute performancephotodétecteur infrarouge
infrarougephotodétecteurCe drone se caractérise par une forte capacité anti-interférences, une excellente capacité de reconnaissance des cibles, un fonctionnement par tous les temps et une bonne dissimulation. Il joue un rôle de plus en plus important dans des domaines tels que la médecine, la défense, les technologies spatiales et le génie environnemental. Parmi ces drones, le drone autonome est particulièrement important.détection photoélectriqueLes puces capables de fonctionner de manière autonome, sans alimentation externe, suscitent un vif intérêt dans le domaine de la détection infrarouge grâce à leurs performances exceptionnelles (indépendance énergétique, haute sensibilité et stabilité, etc.). À l'inverse, les puces de détection photoélectriques traditionnelles, telles que les puces infrarouges à base de silicium ou de semi-conducteurs à bande interdite étroite, nécessitent non seulement des tensions de polarisation supplémentaires pour induire la séparation des porteurs de charge photogénérés et produire des photocourants, mais aussi des systèmes de refroidissement additionnels pour réduire le bruit thermique et améliorer la réactivité. De ce fait, il devient difficile de répondre aux nouvelles exigences des puces de détection infrarouge de nouvelle génération, notamment en termes de faible consommation, de taille réduite, de faible coût et de hautes performances.
Récemment, des équipes de recherche chinoises et suédoises ont proposé une nouvelle puce de détection photoélectrique infrarouge à ondes courtes (SWIR) auto-alimentée, basée sur une hétérojonction PIN et composée de films de nanorubans de graphène (GNR) sur alumine et silicium monocristallin. Grâce à l'effet combiné de la modulation optique induite par l'interface hétérogène et du champ électrique interne, la puce présente des performances de réponse et de détection exceptionnelles à tension de polarisation nulle. En mode auto-alimenté, la puce affiche un taux de réponse de 75,3 A/W, un taux de détection de 7,5 × 10¹⁴ Jones et un rendement quantique externe proche de 104 %, améliorant ainsi les performances de détection des puces similaires à base de silicium d'un facteur record de sept ordres de grandeur. De plus, en mode d'alimentation conventionnel, la puce atteint respectivement 843 A/W, 10¹⁵ Jones et 105 %, des valeurs record à ce jour. Par ailleurs, cette recherche a également démontré l'application concrète de la puce de détection photoélectrique dans les domaines des communications optiques et de l'imagerie infrarouge, soulignant ainsi son énorme potentiel d'application.
Afin d'étudier systématiquement les performances photoélectriques d'un photodétecteur à base de nanorubans de graphène/Al₂O₃/silicium monocristallin, les chercheurs ont analysé ses réponses statiques (courbe courant-tension) et dynamiques (courbe courant-temps). Pour évaluer systématiquement les caractéristiques de réponse optique de ce photodétecteur à hétérostructure nanoruban de graphène/Al₂O₃/silicium monocristallin sous différentes tensions de polarisation, ils ont mesuré la réponse dynamique du courant à 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 pour toutes les tensions de polarisation.
Finalement, les chercheurs ont fabriqué un système d'imagerie et ont réussi à obtenir une imagerie autonome dans l'infrarouge à ondes courtes. 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 en forme de « T » (voir figure 1).
En conclusion, cette recherche a permis de fabriquer avec succès 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 ce dispositif.photodétecteur à haute sensibilitéCette avancée en matière 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