ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള സ്വയം നിയന്ത്രിത ഇൻഫ്രാറെഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള സ്വയം നിയന്ത്രിതംഇൻഫ്രാറെഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

ഇൻഫ്രാറെഡ്ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർശക്തമായ ഇടപെടൽ വിരുദ്ധ കഴിവ്, ശക്തമായ ലക്ഷ്യ തിരിച്ചറിയൽ കഴിവ്, എല്ലാ കാലാവസ്ഥയിലും പ്രവർത്തിക്കാനുള്ള കഴിവ്, നല്ല മറയ്ക്കൽ എന്നീ സവിശേഷതകൾ ഇതിനുണ്ട്. വൈദ്യശാസ്ത്രം, സൈനികം, ബഹിരാകാശ സാങ്കേതികവിദ്യ, പരിസ്ഥിതി എഞ്ചിനീയറിംഗ് തുടങ്ങിയ മേഖലകളിൽ ഇത് വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. അവയിൽ, സ്വയം നിയന്ത്രിതഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഡിറ്റക്ഷൻബാഹ്യ അധിക പവർ സപ്ലൈ ഇല്ലാതെ സ്വതന്ത്രമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന ചിപ്പ്, അതിന്റെ അതുല്യമായ പ്രകടനം (ഊർജ്ജ സ്വാതന്ത്ര്യം, ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത, സ്ഥിരത മുതലായവ) കാരണം ഇൻഫ്രാറെഡ് ഡിറ്റക്ഷൻ മേഖലയിൽ വിപുലമായ ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. ഇതിനു വിപരീതമായി, സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത അല്ലെങ്കിൽ നാരോബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് സെമികണ്ടക്ടർ അധിഷ്ഠിത ഇൻഫ്രാറെഡ് ചിപ്പുകൾ പോലുള്ള പരമ്പരാഗത ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഡിറ്റക്ഷൻ ചിപ്പുകൾക്ക്, ഫോട്ടോകറന്റുകൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ഫോട്ടോജനറേറ്റഡ് കാരിയറുകളുടെ വേർതിരിവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് അധിക ബയസ് വോൾട്ടേജുകൾ ആവശ്യമാണ്, മാത്രമല്ല താപ ശബ്ദം കുറയ്ക്കുന്നതിനും പ്രതികരണശേഷി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും അധിക കൂളിംഗ് സംവിധാനങ്ങളും ആവശ്യമാണ്. അതിനാൽ, ഭാവിയിൽ അടുത്ത തലമുറ ഇൻഫ്രാറെഡ് ഡിറ്റക്ഷൻ ചിപ്പുകളുടെ പുതിയ ആശയങ്ങളും ആവശ്യകതകളും നിറവേറ്റുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടായി മാറിയിരിക്കുന്നു, അതായത് കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം, ചെറിയ വലിപ്പം, കുറഞ്ഞ ചെലവ്, ഉയർന്ന പ്രകടനം.

അടുത്തിടെ, ചൈനയിൽ നിന്നും സ്വീഡനിൽ നിന്നുമുള്ള ഗവേഷണ സംഘങ്ങൾ ഗ്രാഫീൻ നാനോറിബൺ (GNR) ഫിലിമുകൾ/അലുമിന/സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കൺ എന്നിവയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു നോവൽ പിൻ ഹെറ്ററോജംഗ്ഷൻ സെൽഫ്-ഡ്രൈവൺ ഷോർട്ട്-വേവ് ഇൻഫ്രാറെഡ് (SWIR) ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഡിറ്റക്ഷൻ ചിപ്പ് നിർദ്ദേശിച്ചു. ഹെറ്റീരിയോളജിക്കൽ ഇന്റർഫേസും ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡും പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കിയ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗേറ്റിംഗ് ഇഫക്റ്റിന്റെ സംയോജിത ഫലത്തിൽ, സീറോ ബയസ് വോൾട്ടേജിൽ ചിപ്പ് അൾട്രാ-ഹൈ റെസ്‌പോൺസും ഡിറ്റക്ഷൻ പ്രകടനവും പ്രകടമാക്കി. ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഡിറ്റക്ഷൻ ചിപ്പിന് സെൽഫ്-ഡ്രൈവൺ മോഡിൽ 75.3 A/W വരെ ഉയർന്ന പ്രതികരണ നിരക്കും, 7.5 × 10¹⁴ ജോൺസ് എന്ന കണ്ടെത്തൽ നിരക്കും, 104% ന് അടുത്ത് ബാഹ്യ ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമതയും ഉണ്ട്, ഇത് ഒരേ തരത്തിലുള്ള സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ചിപ്പുകളുടെ കണ്ടെത്തൽ പ്രകടനം റെക്കോർഡ് 7 ഓർഡർ മാഗ്നിറ്റ്യൂഡ് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. കൂടാതെ, പരമ്പരാഗത ഡ്രൈവ് മോഡിൽ, ചിപ്പിന്റെ പ്രതികരണ നിരക്ക്, കണ്ടെത്തൽ നിരക്ക്, ബാഹ്യ ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമത എന്നിവയെല്ലാം യഥാക്രമം 843 A/W, 10¹⁵ ജോൺസ്, 105% എന്നിങ്ങനെ ഉയർന്നതാണ്, ഇവയെല്ലാം നിലവിലെ ഗവേഷണത്തിൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ട ഏറ്റവും ഉയർന്ന മൂല്യങ്ങളാണ്. അതേസമയം, ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, ഇൻഫ്രാറെഡ് ഇമേജിംഗ് എന്നീ മേഖലകളിൽ ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഡിറ്റക്ഷൻ ചിപ്പിന്റെ യഥാർത്ഥ പ്രയോഗവും ഈ ഗവേഷണം തെളിയിച്ചു, അതിന്റെ വലിയ പ്രയോഗ സാധ്യതകൾ എടുത്തുകാണിച്ചു.

ഗ്രാഫീൻ നാനോറിബണുകൾ /Al₂O₃/ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പ്രകടനം ക്രമാനുഗതമായി പഠിക്കുന്നതിനായി, ഗവേഷകർ അതിന്റെ സ്റ്റാറ്റിക് (കറന്റ്-വോൾട്ടേജ് കർവ്), ഡൈനാമിക് സ്വഭാവ പ്രതികരണങ്ങൾ (കറന്റ്-ടൈം കർവ്) എന്നിവ പരീക്ഷിച്ചു. വ്യത്യസ്ത ബയസ് വോൾട്ടേജുകളിൽ ഗ്രാഫീൻ നാനോറിബൺ /Al₂O₃/ മോണോക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കൺ ഹെറ്ററോസ്ട്രക്ചർ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രതികരണ സവിശേഷതകൾ വ്യവസ്ഥാപിതമായി വിലയിരുത്തുന്നതിന്, ഗവേഷകർ 0 V, -1 V, -3 V, -5 V ബയസുകളിൽ ഉപകരണത്തിന്റെ ഡൈനാമിക് കറന്റ് പ്രതികരണം അളന്നു, 8.15 μW/cm² എന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ സാന്ദ്രതയോടെ. റിവേഴ്സ് ബയസിനൊപ്പം ഫോട്ടോകറന്റ് വർദ്ധിക്കുകയും എല്ലാ ബയസ് വോൾട്ടേജുകളിലും വേഗത്തിലുള്ള പ്രതികരണ വേഗത കാണിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഒടുവിൽ, ഗവേഷകർ ഒരു ഇമേജിംഗ് സിസ്റ്റം നിർമ്മിക്കുകയും ഷോർട്ട്-വേവ് ഇൻഫ്രാറെഡിന്റെ സ്വയം-പവർ ഇമേജിംഗ് വിജയകരമായി നേടുകയും ചെയ്തു. ഈ സിസ്റ്റം പൂജ്യം ബയസിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം ഒട്ടും ഇല്ല. "T" എന്ന അക്ഷര പാറ്റേൺ ഉള്ള ഒരു കറുത്ത മാസ്ക് ഉപയോഗിച്ചാണ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ഇമേജിംഗ് ശേഷി വിലയിരുത്തിയത് (ചിത്രം 1 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ).

ഉപസംഹാരമായി, ഈ ഗവേഷണം ഗ്രാഫീൻ നാനോറിബണുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി സ്വയം-ശക്തിയുള്ള ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ വിജയകരമായി നിർമ്മിച്ചു, ഇത് റെക്കോർഡ് തകർക്കുന്ന ഉയർന്ന പ്രതികരണ നിരക്ക് നേടി. അതേസമയം, ഗവേഷകർ ഈ ഉപകരണത്തിന്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആശയവിനിമയ, ഇമേജിംഗ് കഴിവുകൾ വിജയകരമായി പ്രദർശിപ്പിച്ചു.ഉയർന്ന പ്രതികരണശേഷിയുള്ള ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർഗ്രാഫീൻ നാനോറിബണുകളുടെയും സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെയും വികസനത്തിന് ഒരു പ്രായോഗിക സമീപനം നൽകുക മാത്രമല്ല, സ്വയം പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്ന ഷോർട്ട്-വേവ് ഇൻഫ്രാറെഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ എന്ന നിലയിൽ അവയുടെ മികച്ച പ്രകടനവും ഈ ഗവേഷണ നേട്ടം പ്രകടമാക്കുന്നു.