Nouveauphotodétecteur haute sensibilité
Récemment, une équipe de recherche de l'Académie chinoise des sciences (CAS), s'appuyant 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 des capteurs à haute sensibilité et à vitesse de réponse élevée.photodétecteurpar le biais d'effets pyroélectriques et de photoconductivité d'interface couplés, et les recherches correspondantes ont été publiées dans Advanced Materials. Haute énergiedétecteurs photoélectriques(pour les bandes ultraviolettes profondes (DUV) aux rayons X) sont essentielles dans divers domaines, notamment la sécurité nationale, la médecine et les sciences industrielles.
Cependant, les matériaux semi-conducteurs actuels, tels que le silicium (Si) et le sélénium α (α-Se), présentent des problèmes de courant de fuite élevé et de faible coefficient d'absorption des rayons X, ce qui limite leur performance en détection. À l'inverse, les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite (WBG) à base d'oxyde de gallium offrent un potentiel considérable pour la détection photoélectrique de haute énergie. Toutefois, la présence inévitable de pièges profonds dans le matériau et le manque d'optimisation de la structure du dispositif rendent difficile la réalisation de détecteurs de photons de haute énergie à haute sensibilité et à réponse rapide basés sur des semi-conducteurs à large bande interdite. Pour relever ces défis, une équipe de recherche chinoise a conçu, pour la première fois, une diode photoconductrice pyroélectrique (PPD) à base de PGR-GaOX. En couplant l'effet pyroélectrique d'interface à l'effet photoconductif, les performances de détection sont nettement améliorées. La PPD a démontré une haute sensibilité aux ultraviolets profonds (DUV) et aux rayons X, avec des taux de réponse atteignant respectivement 10⁴ A/W et 10⁵ μC × Gyair-1/cm², soit plus de 100 fois supérieurs à ceux des détecteurs précédents utilisant des matériaux similaires. De plus, l'effet pyroélectrique d'interface induit par la symétrie polaire de la zone de déplétion PGR-GaOX permet d'accroître la vitesse de réponse du détecteur d'un facteur 10⁵, pour atteindre 0,1 ms. Comparé aux photodiodes conventionnelles, le détecteur PPDS auto-alimenté présente des gains supérieurs grâce aux champs pyroélectriques générés lors de la commutation de la lumière.
De plus, le PPD peut fonctionner en mode polarisé, où le gain dépend fortement de la tension de polarisation, et un gain ultra-élevé peut être obtenu en augmentant cette tension. Le PPD présente un fort potentiel d'application dans les systèmes d'amélioration d'imagerie à faible consommation d'énergie et haute sensibilité. Ce travail démontre non seulement que GaOX est un matériau prometteurphotodétecteur à haute énergiece matériau offre également une nouvelle stratégie pour la réalisation de photodétecteurs haute performance et haute énergie.
Date de publication : 10 septembre 2024