Разработаны графеновые фотодетекторы с инжекцией заряда с более широкой полосой пропускания

Прочитано: 150 раз(а)


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