ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સ્વ-સંચાલિત ઇન્ફ્રારેડ ફોટોડિટેક્ટર

ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સ્વ-સંચાલિતઇન્ફ્રારેડ ફોટોડિટેક્ટર

ઇન્ફ્રારેડફોટોડિટેક્ટરતેમાં મજબૂત દખલ વિરોધી ક્ષમતા, મજબૂત લક્ષ્ય ઓળખવાની ક્ષમતા, બધા હવામાનમાં કામગીરી અને સારી છુપાવવાની લાક્ષણિકતાઓ છે. તે દવા, લશ્કરી, અવકાશ ટેકનોલોજી અને પર્યાવરણીય ઇજનેરી જેવા ક્ષેત્રોમાં વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી રહ્યું છે. તેમાંથી, સ્વ-સંચાલિતફોટોઇલેક્ટ્રિક શોધબાહ્ય વધારાના પાવર સપ્લાય વિના સ્વતંત્ર રીતે કાર્ય કરી શકે તેવી ચિપ તેના અનન્ય પ્રદર્શન (જેમ કે ઉર્જા સ્વતંત્રતા, ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા અને સ્થિરતા, વગેરે) ને કારણે ઇન્ફ્રારેડ ડિટેક્શનના ક્ષેત્રમાં વ્યાપક ધ્યાન ખેંચી રહી છે. તેનાથી વિપરીત, પરંપરાગત ફોટોઇલેક્ટ્રિક ડિટેક્શન ચિપ્સ, જેમ કે સિલિકોન-આધારિત અથવા નેરોબેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર-આધારિત ઇન્ફ્રારેડ ચિપ્સ, ફોટોકરન્ટ ઉત્પન્ન કરવા માટે ફોટોજનરેટેડ કેરિયર્સના વિભાજનને ચલાવવા માટે વધારાના બાયસ વોલ્ટેજની જરૂર નથી, પરંતુ થર્મલ અવાજ ઘટાડવા અને પ્રતિભાવ સુધારવા માટે વધારાની ઠંડક પ્રણાલીઓની પણ જરૂર છે. તેથી, ભવિષ્યમાં ઇન્ફ્રારેડ ડિટેક્શન ચિપ્સની આગામી પેઢીની નવી વિભાવનાઓ અને જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવી મુશ્કેલ બની ગઈ છે, જેમ કે ઓછી વીજ વપરાશ, નાનું કદ, ઓછી કિંમત અને ઉચ્ચ પ્રદર્શન.

તાજેતરમાં, ચીન અને સ્વીડનની સંશોધન ટીમોએ ગ્રાફીન નેનોરિબન (GNR) ફિલ્મો/એલ્યુમિના/સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન પર આધારિત એક નવલકથા પિન હેટરોજંકશન સ્વ-સંચાલિત શોર્ટ-વેવ ઇન્ફ્રારેડ (SWIR) ફોટોઇલેક્ટ્રિક ડિટેક્શન ચિપનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો છે. હેટરોજેનેસિસ ઇન્ટરફેસ અને બિલ્ટ-ઇન ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા ટ્રિગર થયેલા ઓપ્ટિકલ ગેટિંગ ઇફેક્ટના સંયુક્ત પ્રભાવ હેઠળ, ચિપે શૂન્ય બાયસ વોલ્ટેજ પર અલ્ટ્રા-હાઇ રિસ્પોન્સ અને ડિટેક્શન પર્ફોર્મન્સ દર્શાવ્યું. ફોટોઇલેક્ટ્રિક ડિટેક્શન ચિપમાં સ્વ-સંચાલિત મોડમાં 75.3 A/W જેટલો ઊંચો પ્રતિભાવ દર, 7.5 × 10¹⁴ જોન્સનો શોધ દર અને 104% ની નજીક બાહ્ય ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા છે, જે સમાન પ્રકારના સિલિકોન-આધારિત ચિપ્સના શોધ પ્રદર્શનને રેકોર્ડ 7 ઓર્ડર મેગ્નિટ્યુડ દ્વારા સુધારે છે. વધુમાં, પરંપરાગત ડ્રાઇવ મોડ હેઠળ, ચિપનો પ્રતિભાવ દર, શોધ દર અને બાહ્ય ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા અનુક્રમે 843 A/W, 10¹⁵ જોન્સ અને 105% જેટલી ઊંચી છે, જે બધા વર્તમાન સંશોધનમાં નોંધાયેલા ઉચ્ચતમ મૂલ્યો છે. દરમિયાન, આ સંશોધને ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન અને ઇન્ફ્રારેડ ઇમેજિંગના ક્ષેત્રોમાં ફોટોઇલેક્ટ્રિક ડિટેક્શન ચિપના વાસ્તવિક ઉપયોગનું પણ પ્રદર્શન કર્યું, જે તેની વિશાળ એપ્લિકેશન ક્ષમતાને પ્રકાશિત કરે છે.

ગ્રાફીન નેનોરિબન /Al₂O₃/ સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન પર આધારિત ફોટોડિટેક્ટરના ફોટોઇલેક્ટ્રિક પ્રદર્શનનો વ્યવસ્થિત અભ્યાસ કરવા માટે, સંશોધકોએ તેના સ્ટેટિક (વર્તમાન-વોલ્ટેજ વળાંક) અને ગતિશીલ લાક્ષણિક પ્રતિભાવો (વર્તમાન-સમય વળાંક)નું પરીક્ષણ કર્યું. વિવિધ બાયસ વોલ્ટેજ હેઠળ ગ્રાફીન નેનોરિબન /Al₂O₃/ મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન હેટરોસ્ટ્રક્ચર ફોટોડિટેક્ટરની ઓપ્ટિકલ પ્રતિભાવ લાક્ષણિકતાઓનું વ્યવસ્થિત મૂલ્યાંકન કરવા માટે, સંશોધકોએ ઉપકરણના ગતિશીલ વર્તમાન પ્રતિભાવને 0 V, -1 V, -3 V અને -5 V બાયસ પર માપ્યો, જેની ઓપ્ટિકલ પાવર ઘનતા 8.15 μW/cm² છે. ફોટોકરંટ રિવર્સ બાયસ સાથે વધે છે અને બધા બાયસ વોલ્ટેજ પર ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ દર્શાવે છે.

અંતે, સંશોધકોએ એક ઇમેજિંગ સિસ્ટમ બનાવી અને શોર્ટ-વેવ ઇન્ફ્રારેડનું સ્વ-સંચાલિત ઇમેજિંગ સફળતાપૂર્વક પ્રાપ્ત કર્યું. આ સિસ્ટમ શૂન્ય પૂર્વગ્રહ હેઠળ કાર્ય કરે છે અને તેમાં કોઈ ઉર્જા વપરાશ નથી. ફોટોડિટેક્ટરની ઇમેજિંગ ક્ષમતાનું મૂલ્યાંકન "T" પેટર્નવાળા કાળા માસ્કનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું (આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે).

નિષ્કર્ષમાં, આ સંશોધને ગ્રેફિન નેનોરિબન પર આધારિત સ્વ-સંચાલિત ફોટોડિટેક્ટર્સ સફળતાપૂર્વક બનાવ્યા અને રેકોર્ડ-બ્રેકિંગ ઉચ્ચ પ્રતિભાવ દર પ્રાપ્ત કર્યો. દરમિયાન, સંશોધકોએ આની ઓપ્ટિકલ સંચાર અને ઇમેજિંગ ક્ષમતાઓનું સફળતાપૂર્વક પ્રદર્શન કર્યું.ખૂબ જ પ્રતિભાવશીલ ફોટોડિટેક્ટરઆ સંશોધન સિદ્ધિ માત્ર ગ્રાફીન નેનોરિબન અને સિલિકોન-આધારિત ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના વિકાસ માટે વ્યવહારુ અભિગમ પ્રદાન કરે છે, પરંતુ સ્વ-સંચાલિત શોર્ટ-વેવ ઇન્ફ્રારેડ ફોટોડિટેક્ટર તરીકે તેમના ઉત્તમ પ્રદર્શનનું પણ પ્રદર્શન કરે છે.