Nouveau photodétecteur haute sensibilité

Nouveau photodétecteur haute sensibilité

Récemment, une équipe de recherche de l'Académie chinoise des sciences (CAS) basée sur des matériaux d'oxyde de gallium polycristallins riches en gallium (PGR-GaOX) a proposé pour la première fois une nouvelle stratégie de conception pour un photodétecteur haute sensibilité et vitesse de réponse élevée via une interface pyroélectrique couplée. et les effets de photoconductivité, et les recherches pertinentes ont été publiées dans Advanced Materials. Les détecteurs photoélectriques à haute énergie (pour les bandes ultraviolettes profondes (DUV) jusqu'aux rayons X) sont essentiels dans divers domaines, notamment la sécurité nationale, la médecine et les sciences industrielles.

Cependant, les matériaux semi-conducteurs actuels tels que Si et α-Se présentent des problèmes de courant de fuite important et de faible coefficient d'absorption des rayons X, ce qui rend difficile de répondre aux besoins d'une détection haute performance. En revanche, les matériaux semi-conducteurs à base d'oxyde de gallium à large bande interdite (WBG) présentent un grand potentiel pour la détection photoélectrique à haute énergie. Cependant, en raison de l'inévitable piège de niveau profond du côté du matériau et du manque de conception efficace de la structure du dispositif, il est difficile de réaliser des détecteurs de photons haute énergie à haute sensibilité et à vitesse de réponse élevée basés sur des semi-conducteurs à large bande interdite. Pour relever ces défis, une équipe de recherche en Chine a conçu pour la première fois une diode photoconductrice pyroélectrique (PPD) basée sur PGR-GaOX. En couplant l'effet pyroélectrique d'interface avec l'effet de photoconductivité, les performances de détection sont considérablement améliorées. Le PPD a montré une sensibilité élevée à la fois au DUV et aux rayons X, avec des taux de réponse allant respectivement jusqu'à 104 A/W et 105 μC×Gyair-1/cm2, soit plus de 100 fois supérieurs à ceux des détecteurs précédents fabriqués à partir de matériaux similaires. De plus, l'effet pyroélectrique d'interface provoqué par la symétrie polaire de la région d'appauvrissement PGR-GaOX peut augmenter la vitesse de réponse du détecteur de 105 fois pour atteindre 0,1 ms. Par rapport aux photodiodes conventionnelles, les PPDS en mode auto-alimenté produisent des gains plus élevés en raison des champs pyroélectriques lors de la commutation de la lumière.

De plus, le PPD peut fonctionner en mode polarisation, où le gain dépend fortement de la tension de polarisation, et un gain ultra-élevé peut être obtenu en augmentant la tension de polarisation. Le PPD présente un grand potentiel d’application dans les systèmes d’amélioration de l’imagerie à faible consommation d’énergie et à haute sensibilité. Ce travail prouve non seulement que GaOX est un matériau photodétecteur à haute énergie prometteur, mais propose également une nouvelle stratégie pour réaliser des photodétecteurs à haute énergie haute performance.