Разработаны графеновые фотодетекторы с инжекцией заряда с более широкой полосой пропускания

Прочитано: 59 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Фотодетекторы, датчики, которые могут обнаруживать свет или другие формы электромагнитного излучения, являются важными компонентами инструментов обработки изображений, систем связи и различных других технологий, представленных на рынке. Эти датчики работают путем преобразования фотонов (т. е. световых частиц) в электрический ток.

Исследователи из Чжэцзянского университета недавно разработали новый фотодетектор, способный обнаруживать свет в более широком диапазоне частот. Их устройство, представленное в статье, опубликованной в Nature Electronics, может быть использовано для разработки новых и более совершенных технологий обработки изображений.

«Наш недавний проект основан на традиционных устройствах с зарядовой связью (ПЗС) и комплементарных технологиях визуализации металл-оксид-полупроводник (КМОП)», — сказал TechXplore профессор Ян Сюй, один из исследователей, проводивших исследование. «Наши новые устройства обработки изображений, сочетающие фотозатвор MOS CCD для высокой чувствительности и независимую структуру пикселей CMOS, могут значительно улучшить монолитную интеграцию, производительность и считывание».

Как правило, формирователи изображений CCD и CMOS на основе кремния (Si) могут обнаруживать свет только в видимом диапазоне из-за собственного предела поглощения в запрещенной зоне. Сюй и его коллеги смогли расширить полосу пропускания света, который может улавливать их фотодетектор, включив в него графен.

«Наша цель состояла в том, чтобы улучшить чувствительность и спектральные характеристики датчиков изображения на основе кремния », — пояснил Сюй. «Во-первых, мы сформировали переход Шоттки между Si и многослойным графеном (MLG), где горячие дырки, индуцированные ИК-светом в MLG, вводятся в Si (n-типа) под электрическим полем Vg через фототермионный (PTI). Во-вторых, мы сформировали глубокую яму на границе раздела SiO 2 /Si под импульсом напряжения, накапливая и интегрируя фотозаряды».

В конце концов, исследователи поместили однослойный графен (SLG) поверх оксида в своем устройстве. Этот слой в конечном итоге позволяет фотодетектору напрямую и неразрушающим образом считывать носители, хранящиеся в яме с глубоким истощением, благодаря эффекту фотозатвора, который вызван сильным полем графена.

«Конструкция предлагаемого нами устройства обеспечивает считывание на месте зарядов на уровне пикселей в яме с глубоким потенциалом истощения, избегая последовательного переноса зарядов в традиционных ПЗС-устройствах», — сказал Сюй. «Кроме того, мы расширили полосу пропускания обнаружения до ИК-излучения, интегрировав путь инжекции заряда MLG в нижней части устройства».

В ходе первоначальных испытаний Сюй и его коллеги обнаружили, что полоса пропускания их фотодетекторов значительно шире, чем у традиционных устройств на основе кремния, которые обычно обнаруживают свет только в видимой области спектра. Поскольку он объединяет канал считывания SLG, скважину глубокого истощения на основе кремния и слой ввода заряда (MLG), устройство может быть особенно ценным для приложений визуализации с высокой плотностью интеграции.

«Наша статья решает две важные проблемы, заменяя последовательную передачу заряда прямым считыванием, что упрощает архитектуру и обработку данных , а также расширяет диапазон отклика на ИК-излучение за счет инжекции инфракрасного заряда», — сказал Сюй. «Я также хотел бы поблагодарить наших сотрудников, профессора Чао Гао, профессора Сянфэн Дуана, профессора Сяому Вана, профессора Тауфика Хасана, профессора Жипей Сунь и профессора Бин Ю за их значительный вклад».

В будущем фотодетектор, разработанный этой группой исследователей, может быть использован для разработки устройств обработки изображений для широкополосного слияния изображений, компьютерного зрения, роботов и различных других приложений. В своей статье Сюй и его коллеги также кратко излагают ряд предложений по разработке схем, которые могли бы обеспечить интеграцию их устройств с новыми или существующими технологиями.

«В наших следующих исследованиях мы более подробно сосредоточимся на интеграции наших устройств», — добавил Сюй. «Наши устройства могут выполнять функцию хранения информации о пикселях посредством хранения индуцированных светом носителей в потенциальной яме. Это, в сочетании с настраиваемой чувствительностью, потенциально может оказаться полезным для создания нейроморфных устройств».

Разработаны графеновые фотодетекторы с инжекцией заряда с более широкой полосой пропускания



Новости партнеров