Nouvelles recherches sur un photodétecteur d'avalanche de faible dimension
La détection haute sensibilité des technologies à photons rares, voire uniques, offre d'importantes perspectives d'application dans des domaines tels que l'imagerie basse lumière, la télédétection et la télémétrie, ainsi que la communication quantique. Parmi ces technologies, les photodétecteurs à avalanche (APD) sont devenus un axe majeur de la recherche sur les dispositifs optoélectroniques grâce à leur compacité, leur rendement élevé et leur intégration aisée. Le rapport signal sur bruit (SNR) est un indicateur important du photodétecteur APD, qui nécessite un gain élevé et un faible courant d'obscurité. Les recherches sur les hétérojonctions de van der Waals bidimensionnelles (2D) offrent de vastes perspectives de développement d'APD hautes performances. Des chercheurs chinois ont sélectionné le matériau semi-conducteur bipolaire bidimensionnel WSe₂ comme matériau photosensible et ont soigneusement préparé la structure Pt/WSe₂/Ni.Photodétecteur APDavec la meilleure fonction de travail d'adaptation pour résoudre le problème de bruit de gain inhérent à l'APD traditionnel.
Les chercheurs ont proposé unephotodétecteur d'avalancheBasé sur la structure Pt/WSe₂/Ni, ce photodétecteur permet une détection très sensible de signaux lumineux extrêmement faibles à l'échelle fW à température ambiante. Ils ont sélectionné le matériau semi-conducteur bidimensionnel WSe₂, doté d'excellentes propriétés électriques, et l'ont associé à des matériaux d'électrode en Pt et Ni pour développer avec succès un nouveau type de photodétecteur à avalanche. En optimisant précisément la correspondance des fonctions de travail entre Pt, WSe₂ et Ni, un mécanisme de transport a été conçu, capable de bloquer efficacement les porteurs sombres tout en laissant passer sélectivement les porteurs photogénérés. Ce mécanisme réduit considérablement le bruit excessif causé par l'ionisation par impact des porteurs, permettant au photodétecteur d'atteindre une détection de signaux optiques très sensible 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 desphotodétecteursGrâce à une conception ingénieuse des électrodes et des matériaux bidimensionnels, l'effet de blindage des porteurs sombres a été obtenu, réduisant considérablement les interférences de bruit et améliorant encore l'efficacité de la détection. Les performances de ce détecteur ne se reflètent pas seulement dans ses caractéristiques photoélectriques, mais offrent également de vastes perspectives d'application. Grâce à son blocage efficace du courant d'obscurité à température ambiante et à son absorption efficace 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 la communication optique. Ce résultat de recherche ouvre non seulement de nouvelles perspectives pour le développement de photodétecteurs à matériaux de faible dimension, mais offre également de nouvelles références pour la recherche et le développement futurs de dispositifs optoélectroniques hautes performances et basse consommation.
Date de publication : 27 août 2025