ബൈപോളാർ ദ്വിമാന അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

ബൈപോളാർ ദ്വിമാനഹിമപാത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

ബൈപോളാർ ദ്വിമാന അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ (APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ) വളരെ കുറഞ്ഞ ശബ്ദവും ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത കണ്ടെത്തലും കൈവരിക്കുന്നു

ദുർബലമായ പ്രകാശ ഇമേജിംഗ്, റിമോട്ട് സെൻസിംഗ്, ടെലിമെട്രി, ക്വാണ്ടം ആശയവിനിമയം തുടങ്ങിയ മേഖലകളിൽ കുറച്ച് ഫോട്ടോണുകളുടെയോ ഒറ്റ ഫോട്ടോണുകളുടെയോ ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത കണ്ടെത്തലിന് പ്രധാന പ്രയോഗ സാധ്യതകളുണ്ട്. അവയിൽ, ചെറിയ വലിപ്പം, ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത, എളുപ്പത്തിലുള്ള സംയോജനം എന്നിവയുടെ സവിശേഷതകൾ കാരണം അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ (APD) ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണ ഗവേഷണ മേഖലയിലെ ഒരു പ്രധാന ദിശയായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ഉയർന്ന നേട്ടവും കുറഞ്ഞ ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാരയും ആവശ്യമുള്ള APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ഒരു പ്രധാന സൂചകമാണ് സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം (SNR). ദ്വിമാന (2D) വസ്തുക്കളുടെ വാൻ ഡെർ വാൽസ് ഹെറ്ററോജംഗ്ഷനുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള APD-കളുടെ വികസനത്തിൽ വിശാലമായ സാധ്യതകൾ കാണിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ അന്തർലീനമായ ഗെയിൻ നോയ്‌സ് പ്രശ്‌നം പരിഹരിക്കുന്നതിനായി, ഫോട്ടോസെൻസിറ്റീവ് മെറ്റീരിയലായി ബൈപോളാർ ദ്വിമാന സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയൽ WSe₂ തിരഞ്ഞെടുത്തു, കൂടാതെ മികച്ച പൊരുത്തമുള്ള വർക്ക് ഫംഗ്ഷനുള്ള Pt/WSe₂/Ni ഘടനയുള്ള സൂക്ഷ്മമായി തയ്യാറാക്കിയ APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറും.

Pt/WSe₂/Ni ഘടനയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ ഗവേഷണ സംഘം നിർദ്ദേശിച്ചു, ഇത് മുറിയിലെ താപനിലയിൽ fW തലത്തിൽ വളരെ ദുർബലമായ പ്രകാശ സിഗ്നലുകളുടെ ഉയർന്ന സെൻസിറ്റീവ് കണ്ടെത്തൽ നേടി. മികച്ച വൈദ്യുത ഗുണങ്ങളുള്ള ദ്വിമാന സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയൽ WSe₂ അവർ തിരഞ്ഞെടുത്തു, കൂടാതെ Pt, Ni ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കൾ സംയോജിപ്പിച്ച് ഒരു പുതിയ തരം അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ വിജയകരമായി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. Pt, WSe₂, Ni എന്നിവയ്ക്കിടയിലുള്ള വർക്ക് ഫംഗ്ഷൻ പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ കൃത്യമായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തുകൊണ്ട്, ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് കാരിയറുകൾ കടന്നുപോകാൻ അനുവദിക്കുന്നതിനൊപ്പം ഇരുണ്ട കാരിയറുകളെ ഫലപ്രദമായി തടയാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ഗതാഗത സംവിധാനം രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു. ഈ സംവിധാനം കാരിയർ ഇംപാക്ട് അയോണൈസേഷൻ മൂലമുണ്ടാകുന്ന അമിതമായ ശബ്ദത്തെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു, വളരെ കുറഞ്ഞ ശബ്ദ തലത്തിൽ വളരെ സെൻസിറ്റീവ് ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നൽ കണ്ടെത്തൽ നേടാൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിനെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.

തുടർന്ന്, ദുർബലമായ വൈദ്യുത മണ്ഡലം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഹിമപാത പ്രഭാവത്തിന് പിന്നിലെ സംവിധാനം വ്യക്തമാക്കുന്നതിനായി, ഗവേഷകർ തുടക്കത്തിൽ വിവിധ ലോഹങ്ങളുടെ WSe₂ യുമായുള്ള അന്തർലീനമായ പ്രവർത്തന പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ അനുയോജ്യത വിലയിരുത്തി. വ്യത്യസ്ത ലോഹ ഇലക്ട്രോഡുകളുള്ള ലോഹ-അർദ്ധചാലക-ലോഹ (MSM) ഉപകരണങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പര നിർമ്മിക്കുകയും അവയിൽ പ്രസക്തമായ പരിശോധനകൾ നടത്തുകയും ചെയ്തു. കൂടാതെ, ഹിമപാതം ആരംഭിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് കാരിയർ സ്കാറ്ററിംഗ് കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെ, ആഘാത അയോണൈസേഷന്റെ ക്രമരഹിതത ലഘൂകരിക്കാനും അതുവഴി ശബ്ദം കുറയ്ക്കാനും കഴിയും. അതിനാൽ, പ്രസക്തമായ പരിശോധനകൾ നടത്തി. സമയ പ്രതികരണ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ കാര്യത്തിൽ Pt/WSe₂/Ni APD യുടെ മികവ് കൂടുതൽ തെളിയിക്കാൻ, വ്യത്യസ്ത ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഗെയിൻ മൂല്യങ്ങൾക്ക് കീഴിൽ ഉപകരണത്തിന്റെ -3 dB ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഗവേഷകർ കൂടുതൽ വിലയിരുത്തി.

പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത് Pt/WSe₂/Ni ഡിറ്റക്ടർ മുറിയിലെ താപനിലയിൽ വളരെ കുറഞ്ഞ ശബ്ദ തുല്യമായ പവർ (NEP) പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു എന്നാണ്, അതായത് 8.07 fW/√Hz മാത്രം. ഇതിനർത്ഥം ഡിറ്റക്ടറിന് വളരെ ദുർബലമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലുകൾ തിരിച്ചറിയാൻ കഴിയും എന്നാണ്. കൂടാതെ, ഈ ഉപകരണത്തിന് 20 kHz മോഡുലേഷൻ ഫ്രീക്വൻസിയിൽ 5×10⁵ ഉയർന്ന നേട്ടത്തോടെ സ്ഥിരമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും, ഉയർന്ന നേട്ടവും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും സന്തുലിതമാക്കാൻ പ്രയാസമുള്ള പരമ്പരാഗത ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് ഡിറ്റക്ടറുകളുടെ സാങ്കേതിക തടസ്സം വിജയകരമായി പരിഹരിക്കുന്നു. ഉയർന്ന നേട്ടവും കുറഞ്ഞ ശബ്ദവും ആവശ്യമുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഈ സവിശേഷത ഇതിന് കാര്യമായ നേട്ടങ്ങൾ നൽകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

പ്രകടനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിൽ മെറ്റീരിയൽ എഞ്ചിനീയറിംഗിന്റെയും ഇന്റർഫേസ് ഒപ്റ്റിമൈസേഷന്റെയും നിർണായക പങ്ക് ഈ ഗവേഷണം തെളിയിക്കുന്നുഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾഇലക്ട്രോഡുകളുടെയും ദ്വിമാന വസ്തുക്കളുടെയും സമർത്ഥമായ രൂപകൽപ്പനയിലൂടെ, ഇരുണ്ട വാഹകങ്ങളുടെ ഒരു ഷീൽഡിംഗ് പ്രഭാവം കൈവരിക്കാൻ കഴിഞ്ഞു, ഇത് ശബ്ദ ഇടപെടൽ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുകയും കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമത കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്തു.

ഈ ഡിറ്റക്ടറിന്റെ പ്രകടനം ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് സ്വഭാവസവിശേഷതകളിൽ മാത്രമല്ല, വിശാലമായ പ്രയോഗ സാധ്യതകളുമുണ്ട്. മുറിയിലെ താപനിലയിൽ ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാരയെ ഫലപ്രദമായി തടയുന്നതിലൂടെയും ഫോട്ടോജെനറേറ്റഡ് കാരിയറുകളുടെ കാര്യക്ഷമമായ ആഗിരണം വഴിയും, പരിസ്ഥിതി നിരീക്ഷണം, ജ്യോതിശാസ്ത്ര നിരീക്ഷണം, ഒപ്റ്റിക്കൽ ആശയവിനിമയം തുടങ്ങിയ മേഖലകളിലെ ദുർബലമായ പ്രകാശ സിഗ്നലുകൾ കണ്ടെത്തുന്നതിന് ഈ ഡിറ്റക്ടർ പ്രത്യേകിച്ചും അനുയോജ്യമാണ്. ഈ ഗവേഷണ നേട്ടം ലോ-ഡൈമൻഷണൽ മെറ്റീരിയൽ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ വികസനത്തിന് പുതിയ ആശയങ്ങൾ നൽകുക മാത്രമല്ല, ഉയർന്ന പ്രകടനവും കുറഞ്ഞ പവർ ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ ഭാവി ഗവേഷണത്തിനും വികസനത്തിനും പുതിയ റഫറൻസുകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.