เครื่องตรวจจับภาพความไวสูงแบบใหม่

ใหม่เครื่องตรวจจับภาพความไวสูง

เมื่อไม่นานนี้ ทีมวิจัยของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (CAS) ซึ่งใช้วัสดุแกลเลียมออกไซด์โพลีคริสตัลลีนที่อุดมด้วยแกลเลียม (PGR-GaOX) เสนอกลยุทธ์การออกแบบใหม่สำหรับความไวสูงและความเร็วตอบสนองสูงเป็นครั้งแรกเครื่องตรวจจับภาพผ่านเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกและโฟโตคอนดักติวิตี้ของอินเทอร์เฟซแบบคู่ และงานวิจัยที่เกี่ยวข้องได้รับการตีพิมพ์ใน Advanced Materials พลังงานสูงเครื่องตรวจจับไฟฟ้าแบบโฟโตอิเล็กทริก(สำหรับแถบอัลตราไวโอเลตเชิงลึก (DUV) ถึงแถบเอกซเรย์) มีความสำคัญในหลากหลายสาขา รวมถึงความมั่นคงแห่งชาติ การแพทย์ และวิทยาศาสตร์อุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตาม วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน เช่น Si และ α-Se มีปัญหาเรื่องกระแสรั่วไหลขนาดใหญ่และค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนรังสีเอกซ์ต่ำ ซึ่งยากต่อการตอบสนองความต้องการการตรวจจับประสิทธิภาพสูง ในทางตรงกันข้าม วัสดุแกลเลียมออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างแบนด์วิดท์กว้าง (WBG) แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับการตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกพลังงานสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีกับดักระดับลึกที่หลีกเลี่ยงไม่ได้บนด้านวัสดุและการขาดการออกแบบที่มีประสิทธิภาพบนโครงสร้างอุปกรณ์ จึงเป็นเรื่องท้าทายในการสร้างเครื่องตรวจจับโฟตอนพลังงานสูงที่มีความไวสูงและความเร็วในการตอบสนองสูงโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างแบนด์วิดท์กว้าง เพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ ทีมวิจัยในประเทศจีนได้ออกแบบไดโอดโฟโตคอนดักเตอร์แบบไพโรอิเล็กทริก (PPD) ที่ใช้ PGR-GaOX เป็นครั้งแรก โดยการจับคู่เอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกของอินเทอร์เฟซกับเอฟเฟกต์โฟโตคอนดักติวิตี้ ทำให้ประสิทธิภาพการตรวจจับดีขึ้นอย่างมาก PPD แสดงความไวสูงต่อทั้งรังสี DUV และรังสีเอกซ์ โดยมีอัตราการตอบสนองสูงถึง 104A/W และ 105μC×Gyair-1/cm2 ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าเครื่องตรวจจับรุ่นก่อนหน้าที่ทำจากวัสดุที่คล้ายกันถึง 100 เท่า นอกจากนี้ เอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกของอินเทอร์เฟซที่เกิดจากสมมาตรเชิงขั้วของบริเวณการพร่องของ PGR-GaOX ยังสามารถเพิ่มความเร็วในการตอบสนองของเครื่องตรวจจับได้ถึง 105 เท่าในเวลา 0.1 มิลลิวินาที เมื่อเปรียบเทียบกับโฟโตไดโอดทั่วไป PPDS แบบจ่ายพลังงานด้วยตัวเองจะให้ค่าเกนที่สูงกว่าเนื่องจากสนามไพโรอิเล็กทริกระหว่างการสลับแสง

นอกจากนี้ PPD สามารถทำงานในโหมดไบอัส ซึ่งค่าเกนจะขึ้นอยู่กับแรงดันไบอัสเป็นอย่างมาก และค่าเกนที่สูงเป็นพิเศษสามารถทำได้โดยการเพิ่มแรงดันไบอัส PPD มีศักยภาพในการใช้งานที่ยอดเยี่ยมในระบบปรับปรุงภาพที่มีการใช้พลังงานต่ำและความไวสูง งานนี้ไม่เพียงแต่พิสูจน์ว่า GaOX มีแนวโน้มดีเท่านั้นเครื่องตรวจจับแสงพลังงานสูงวัสดุนี้ยังมีกลยุทธ์ใหม่ในการสร้างเครื่องตรวจจับโฟตอนพลังงานสูงที่มีประสิทธิภาพสูงอีกด้วย