ከፍተኛ አፈጻጸም ያለው በራስ የሚመራ የኢንፍራሬድ ፎቶዲቴክተር

ከፍተኛ አፈጻጸም ያለው በራስ የሚመራየኢንፍራሬድ ፎቶዲቴክተር

ኢንፍራሬድፎቶዲቴክተርጠንካራ የጣልቃ ገብነት መከላከያ ችሎታ፣ ጠንካራ የዒላማ መለያ ችሎታ፣ በሁሉም የአየር ሁኔታ የሚሰራ እና ጥሩ መደበቅ ያሉ ባህሪያት አሉት። እንደ ህክምና፣ ወታደራዊ፣ የጠፈር ቴክኖሎጂ እና የአካባቢ ምህንድስና ባሉ መስኮች ከጊዜ ወደ ጊዜ እየጨመረ የመጣ ወሳኝ ሚና እየተጫወተ ነው። ከእነዚህም መካከል ራስን በራስ የማስተዳደርየፎቶኤሌክትሪክ ማወቂያያለ ውጫዊ ተጨማሪ የኃይል አቅርቦት ራሱን ችሎ መሥራት የሚችል ቺፕ በኢንፍራሬድ ማወቂያ መስክ ውስጥ ሰፊ ትኩረትን ስቧል (እንደ የኃይል ነፃነት፣ ከፍተኛ ትብነት እና መረጋጋት፣ ወዘተ)። በተቃራኒው፣ እንደ ሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ወይም ጠባብ ባንድጋፕ ሴሚኮንዳክተር ላይ የተመሰረቱ የኢንፍራሬድ ቺፖች ያሉ ባህላዊ የፎቶኤሌክትሪክ ማወቂያ ቺፖች፣ የፎቶ ፍሰትን ለማምረት የፎቶ ጅረቶችን ለመለየት ተጨማሪ የብያኔ ቮልቴጆችን ብቻ ሳይሆን የሙቀት ጫጫታን ለመቀነስ እና ምላሽ ሰጪነትን ለማሻሻል ተጨማሪ የማቀዝቀዣ ስርዓቶችን ይፈልጋሉ። ስለዚህ፣ ለወደፊቱ የሚቀጥለው የኢንፍራሬድ ማወቂያ ቺፖችን አዳዲስ ፅንሰ ሀሳቦችን እና መስፈርቶችን ማሟላት አስቸጋሪ ሆኗል፣ ለምሳሌ ዝቅተኛ የኃይል ፍጆታ፣ አነስተኛ መጠን፣ ዝቅተኛ ዋጋ እና ከፍተኛ አፈፃፀም።

በቅርቡ፣ ከቻይና እና ከስዊድን የተውጣጡ የምርምር ቡድኖች በግራፊን ናኖሪብቦን (GNR) ፊልሞች/አሉሚና/ነጠላ ክሪስታል ሲሊከን ላይ የተመሠረተ አዲስ የፒን ሄትሮጁንሽን ራስን የሚነዳ አጭር ሞገድ ኢንፍራሬድ (SWIR) የፎቶኤሌክትሪክ መፈለጊያ ቺፕ አቅርበዋል። በተቃራኒ በይነገጽ እና አብሮ በተሰራው የኤሌክትሪክ መስክ በተፈጠረው የኦፕቲካል ጋቲንግ ውጤት ጥምር ውጤት፣ ቺፕው በዜሮ ባያልስ ቮልቴጅ እጅግ በጣም ከፍተኛ የምላሽ እና የመለየት አፈፃፀም አሳይቷል። የፎቶኤሌክትሪክ መፈለጊያ ቺፕ በራስ-ሰር በሚነዳ ሁነታ እስከ 75.3 A/W የሚደርስ የምላሽ መጠን፣ 7.5 × 10¹⁴ ጆንስ የሚደርስ የመለየት መጠን እና ወደ 104% የሚጠጋ ውጫዊ የኳንተም ቅልጥፍና ያለው ሲሆን፣ ተመሳሳይ አይነት በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቺፖችን የመለየት አፈጻጸም በ7 መጠን በከፍተኛ ደረጃ ያሻሽላል። በተጨማሪም፣ በተለመደው የድራይቭ ሁነታ፣ የቺፕ የምላሽ መጠን፣ የመለየት መጠን እና ውጫዊ የኳንተም ቅልጥፍና ሁሉም በቅደም ተከተል እስከ 843 A/W፣ 10¹⁵ ጆንስ እና 105% የሚደርስ ከፍተኛ ዋጋ አላቸው፣ እነዚህም በአሁኑ ጥናት ውስጥ የተዘገቡት ከፍተኛ እሴቶች ናቸው። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ ይህ ጥናት የፎቶኤሌክትሪክ ማወቂያ ቺፕ በኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን እና በኢንፍራሬድ ኢሜጂንግ መስኮች ውስጥ በእውነተኛው ዓለም አተገባበር ላይም አሳይቷል፣ ይህም ከፍተኛ የአጠቃቀም አቅሙን አጉልቶ ያሳያል።

ተመራማሪዎች በግራፊን ናኖሪቦንስ /Al₂O₃/ ነጠላ ክሪስታል ሲሊከን ላይ ተመስርተው የፎቶዲቴክተሩን የፎቶኤሌክትሪክ አፈፃፀም በስርዓት ለማጥናት፣ የማይለዋወጥ (የአሁኑ-ቮልቴጅ ኩርባ) እና ተለዋዋጭ የባህሪ ምላሾችን (የአሁኑ-ጊዜ ኩርባ) ሞክረዋል። የግራፊን ናኖሪቦን /Al₂O₃/ ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ሄትሮስትሩክቸርት ፎቶዲቴክተር የኦፕቲካል ምላሽ ባህሪያትን በስርዓት ለመገምገም፣ ተመራማሪዎች የመሳሪያውን ተለዋዋጭ የአሁኑ ምላሽ በ0 V፣ -1 V፣ -3 V እና -5 V አድሏዊነት ለክተዋል፣ የኦፕቲካል ኃይል ጥግግት 8.15 μW/cm² ነው። የፎቶኩዌንቱ በተገላቢጦሽ አድሏዊነት ይጨምራል እና በሁሉም አድሏዊ ቮልቴጆች ላይ ፈጣን የምላሽ ፍጥነት ያሳያል።

በመጨረሻም ተመራማሪዎቹ የምስል ስርዓት ፈጥረው የአጭር ሞገድ ኢንፍራሬድ በራስ የሚንቀሳቀስ ምስል በተሳካ ሁኔታ አሳክተዋል። ስርዓቱ በዜሮ አድልዎ ስር የሚሰራ ሲሆን ምንም አይነት የኃይል ፍጆታ የለውም። የፎቶ ዴቴክተሩ የምስል አቅም በጥቁር ጭንብል ተገምግሟል (በስእል 1 እንደሚታየው)።

ለማጠቃለል ያህል፣ ይህ ጥናት በግራፊን ናኖሪቦኖች ላይ ተመስርተው በራስ የሚሰሩ የፎቶ መመርመሪያዎችን በተሳካ ሁኔታ ፈጥሮ ከፍተኛ የምላሽ መጠን አስመዝግቧል። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ ተመራማሪዎቹ የዚህን የኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን እና የምስል ችሎታዎች በተሳካ ሁኔታ አሳይተዋልከፍተኛ ምላሽ ሰጪ የፎቶ ማወቂያይህ የምርምር ስኬት የግራፊን ናኖሪቦኖችን እና በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የኦፕቶኤሌክትሮኒክ መሳሪያዎችን ለማዘጋጀት ተግባራዊ አቀራረብን ከመስጠት ባለፈ፣ እንደ ራስ-ሰር የሚንቀሳቀሱ የአጭር ሞገድ ኢንፍራሬድ ፎቶዲቴክተሮች እጅግ በጣም ጥሩ አፈጻጸምን ያሳያል።