Nouvelles recherches sur les photodétecteurs à avalanche de basse dimension
La détection à haute sensibilité des technologies à quelques photons, voire à photon unique, offre des perspectives d'application importantes dans des domaines tels que l'imagerie en faible luminosité, la télédétection et la télémétrie, ainsi que les communications quantiques. Parmi ces technologies, les photodétecteurs à avalanche (APD) sont devenus un axe de recherche majeur en optoélectronique grâce à leur petite taille, leur rendement élevé et leur intégration aisée. Le rapport signal/bruit (SNR) est un indicateur important pour les photodétecteurs APD, qui requiert un gain élevé et un faible courant d'obscurité. La recherche sur les hétérojonctions de van der Waals dans les matériaux bidimensionnels (2D) ouvre de larges perspectives pour le développement d'APD hautes performances. Des chercheurs chinois ont sélectionné le WSe₂, un semi-conducteur bidimensionnel bipolaire, comme matériau photosensible et ont préparé avec soin la structure Pt/WSe₂/Ni.Photodétecteur APDavec la fonction de travail la mieux adaptée pour résoudre le problème inhérent de bruit de gain des APD traditionnelles.
Des chercheurs ont proposé unephotodétecteur d'avalancheS’appuyant sur une structure Pt/WSe₂/Ni, une détection ultrasensible de signaux lumineux extrêmement faibles (de l’ordre du femtowatt) a été réalisée à température ambiante. Les chercheurs ont sélectionné le WSe₂, un semi-conducteur bidimensionnel aux excellentes propriétés électriques, et l’ont combiné à des électrodes en platine et en nickel pour développer avec succès un nouveau type de photodétecteur à avalanche. L’optimisation précise de l’adéquation des fonctions de travail entre le Pt, le WSe₂ et le Ni a permis de concevoir un mécanisme de transport bloquant efficacement les porteurs de charge non photogénérés tout en laissant passer sélectivement les porteurs photogénérés. Ce mécanisme réduit considérablement le bruit parasite dû à l’ionisation par impact des porteurs, permettant ainsi au photodétecteur d’atteindre une détection de signaux optiques ultrasensible avec un niveau de bruit extrêmement faible.
Cette étude démontre le rôle crucial de l'ingénierie des matériaux et de l'optimisation des interfaces dans l'amélioration des performances dephotodétecteursGrâce à une conception ingénieuse des électrodes et des matériaux bidimensionnels, l'effet de blindage des porteurs de charge a été obtenu, réduisant considérablement les interférences et améliorant l'efficacité de détection. Les performances de ce détecteur se reflètent non seulement dans ses caractéristiques photoélectriques, mais offrent également de larges perspectives d'application. Grâce à son blocage efficace du courant d'obscurité à température ambiante et à son absorption performante des porteurs photogénérés, ce photodétecteur est particulièrement adapté à la détection de signaux lumineux faibles dans des domaines tels que la surveillance environnementale, l'observation astronomique et les communications optiques. Cette avancée de recherche ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de photodétecteurs à base de matériaux bidimensionnels et constitue une référence pour les futurs travaux de recherche et développement sur les dispositifs optoélectroniques haute performance et basse consommation.
Date de publication : 27 août 2025