เครื่องตรวจจับภาพความไวสูงแบบใหม่

ใหม่เครื่องตรวจจับแสงความไวสูง

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (CAS) ซึ่งใช้วัสดุแกลเลียมออกไซด์โพลีคริสตัลไลน์ที่อุดมด้วยแกลเลียม (PGR-GaOX) ได้เสนอกลยุทธ์การออกแบบใหม่สำหรับความไวสูงและความเร็วในการตอบสนองสูงเป็นครั้งแรกเครื่องตรวจจับภาพผ่านอินเทอร์เฟซแบบคู่ขนานที่มีผลต่อไพโรอิเล็กทริกและการนำแสง และงานวิจัยที่เกี่ยวข้องได้รับการตีพิมพ์ใน Advanced Materials พลังงานสูงเครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริก(สำหรับแถบอัลตราไวโอเลตเชิงลึก (DUV) ถึงแถบเอกซเรย์) มีความสำคัญในหลายสาขา รวมถึงความมั่นคงแห่งชาติ การแพทย์ และวิทยาศาสตร์อุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตาม วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน เช่น Si และ α-Se มีปัญหาเรื่องกระแสรั่วไหลสูงและค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนรังสีเอกซ์ต่ำ ซึ่งยากต่อการตอบสนองความต้องการการตรวจจับที่มีประสิทธิภาพสูง ในทางตรงกันข้าม วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แกลเลียมออกไซด์แบบช่องว่างแบนด์กว้าง (WBG) มีศักยภาพสูงในการตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกพลังงานสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวัสดุมีกับดักระดับลึกที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และการขาดการออกแบบโครงสร้างอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพ ทำให้การสร้างเครื่องตรวจจับโฟตอนพลังงานสูงที่มีความไวสูงและความเร็วในการตอบสนองสูงโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างแบนด์กว้างเป็นความท้าทาย เพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ ทีมวิจัยในประเทศจีนได้ออกแบบไดโอดโฟโตคอนดักเตอร์แบบไพโรอิเล็กทริก (PPD) ที่ใช้ PGR-GaOX เป็นครั้งแรก การเชื่อมต่อปรากฏการณ์ไพโรอิเล็กทริกเข้ากับปรากฏการณ์โฟโตคอนดักติวิตี้ ทำให้ประสิทธิภาพการตรวจจับดีขึ้นอย่างมาก PPD มีความไวสูงต่อทั้งรังสี DUV และรังสีเอกซ์ โดยมีอัตราการตอบสนองสูงถึง 104A/W และ 105μC×Gyair-1/cm2 ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าเครื่องตรวจจับรุ่นก่อนหน้าที่ทำจากวัสดุประเภทเดียวกันมากกว่า 100 เท่า นอกจากนี้ ปรากฏการณ์ไพโรอิเล็กทริกที่ส่วนต่อประสานซึ่งเกิดจากสมมาตรเชิงขั้วของบริเวณพร่อง PGR-GaOX สามารถเพิ่มความเร็วในการตอบสนองของเครื่องตรวจจับได้ 105 เท่า เป็น 0.1 มิลลิวินาที เมื่อเทียบกับโฟโตไดโอดทั่วไป PPDS แบบใช้พลังงานเองให้ค่าเกนที่สูงกว่าเนื่องจากสนามไพโรอิเล็กทริกในระหว่างการสลับแสง

นอกจากนี้ PPD ยังสามารถทำงานในโหมดไบแอส ซึ่งค่าเกนจะขึ้นอยู่กับแรงดันไบแอสอย่างมาก และสามารถเพิ่มค่าเกนให้สูงเป็นพิเศษได้โดยการเพิ่มแรงดันไบแอส PPD มีศักยภาพสูงในการนำไปประยุกต์ใช้ในระบบปรับปรุงภาพที่มีการใช้พลังงานต่ำและความไวสูง งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่พิสูจน์ว่า GaOX เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มดีเท่านั้นเครื่องตรวจจับแสงพลังงานสูงวัสดุ แต่ยังให้กลยุทธ์ใหม่ในการสร้างเครื่องตรวจจับแสงพลังงานสูงประสิทธิภาพสูงอีกด้วย