การวิจัยใหม่เกี่ยวกับเครื่องตรวจจับหิมะถล่มมิติต่ำ
การตรวจจับเทคโนโลยีโฟตอนน้อยหรือแม้แต่โฟตอนเดี่ยวที่มีความไวสูง มีแนวโน้มการประยุกต์ใช้งานที่สำคัญในสาขาต่างๆ เช่น การถ่ายภาพในสภาพแสงน้อย การสำรวจระยะไกล และการวัดระยะไกล รวมถึงการสื่อสารเชิงควอนตัม ในบรรดาเทคโนโลยีเหล่านี้ เครื่องตรวจจับโฟโตแบบหิมะถล่ม (APD) ได้กลายเป็นทิศทางสำคัญในสาขาการวิจัยอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีขนาดเล็ก ประสิทธิภาพสูง และง่ายต่อการติดตั้ง อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) เป็นตัวบ่งชี้สำคัญของเครื่องตรวจจับโฟโตแบบ APD ซึ่งต้องการอัตราขยายสูงและกระแสมืดต่ำ งานวิจัยเกี่ยวกับเฮเทอโรจังก์ชันแบบแวนเดอร์วาลส์สองมิติ (2D) แสดงให้เห็นถึงโอกาสที่กว้างขวางในการพัฒนา APD ประสิทธิภาพสูง นักวิจัยจากประเทศจีนได้เลือกวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สองมิติแบบไบโพลาร์ WSe₂ เป็นวัสดุไวแสง และได้เตรียมโครงสร้าง Pt/WSe₂/Ni อย่างรอบคอบเครื่องตรวจจับภาพ APDด้วยฟังก์ชั่นการทำงานที่ตรงกันที่สุดเพื่อแก้ไขปัญหาสัญญาณรบกวนจากเกนที่มีอยู่ใน APD แบบดั้งเดิม
นักวิจัยได้เสนอเครื่องตรวจจับหิมะถล่มโดยใช้โครงสร้าง Pt/WSe₂/Ni ทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณแสงอ่อนมากที่ระดับ fW ที่อุณหภูมิห้องได้อย่างแม่นยำ พวกเขาเลือกใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์สองมิติ WSe₂ ซึ่งมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และนำมาผสมผสานกับวัสดุอิเล็กโทรด Pt และ Ni เพื่อพัฒนาเครื่องตรวจจับหิมะถล่มแบบใหม่ได้สำเร็จ ด้วยการปรับฟังก์ชันการทำงานให้เหมาะสมที่สุดระหว่าง Pt, WSe₂ และ Ni จึงได้ออกแบบกลไกการขนส่งที่สามารถปิดกั้นพาหะมืดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกันก็เลือกให้พาหะที่สร้างจากแสงสามารถผ่านทะลุผ่านได้ กลไกนี้ช่วยลดสัญญาณรบกวนส่วนเกินที่เกิดจากไอออนไนเซชันของพาหะได้อย่างมาก ทำให้เครื่องตรวจจับหิมะถล่มสามารถตรวจจับสัญญาณแสงที่มีความไวสูงได้ในระดับสัญญาณรบกวนที่ต่ำมาก
การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของวิศวกรรมวัสดุและการเพิ่มประสิทธิภาพอินเทอร์เฟซในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับแสงด้วยการออกแบบอิเล็กโทรดและวัสดุสองมิติอันชาญฉลาด จึงสามารถบรรลุผลการป้องกันของพาหะมืด ซึ่งช่วยลดสัญญาณรบกวนได้อย่างมีนัยสำคัญและเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจจับ ประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับนี้ไม่เพียงแต่สะท้อนให้เห็นจากคุณลักษณะโฟโตอิเล็กทริกเท่านั้น แต่ยังมีโอกาสนำไปประยุกต์ใช้งานได้อย่างกว้างขวาง ด้วยการปิดกั้นกระแสมืดอย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิห้องและการดูดซับพาหะที่เกิดจากแสงอย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องตรวจจับแสงนี้จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับสัญญาณแสงอ่อนในสาขาต่างๆ เช่น การตรวจสอบสิ่งแวดล้อม การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ และการสื่อสารด้วยแสง ความสำเร็จในการวิจัยนี้ไม่เพียงแต่นำเสนอแนวคิดใหม่ๆ สำหรับการพัฒนาเครื่องตรวจจับแสงวัสดุมิติต่ำเท่านั้น แต่ยังเป็นแหล่งข้อมูลอ้างอิงใหม่ๆ สำหรับการวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูงและใช้พลังงานต่ำในอนาคตอีกด้วย
เวลาโพสต์: 27 ส.ค. 2568