ಬೈಪೋಲಾರ್ ದ್ವಿ-ಆಯಾಮದ ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್

ಬೈಪೋಲಾರ್ ದ್ವಿ-ಆಯಾಮದಹಿಮಪಾತ ದ್ಯುತಿಶೋಧಕ

ಬೈಪೋಲಾರ್ ದ್ವಿ-ಆಯಾಮದ ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ (APD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್) ಅತಿ ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯ ಪತ್ತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ

ಕೆಲವು ಫೋಟಾನ್‌ಗಳ ಅಥವಾ ಏಕ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ-ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯ ಪತ್ತೆಯು ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ಚಿತ್ರಣ, ರಿಮೋಟ್ ಸೆನ್ಸಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಟೆಲಿಮೆಟ್ರಿ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಂವಹನದಂತಹ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಅನ್ವಯಿಕ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ (APD) ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರ, ಹೆಚ್ಚಿನ ದಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು ಸುಲಭ ಏಕೀಕರಣದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಂದಾಗಿ ಆಪ್ಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ನಿರ್ದೇಶನವಾಗಿದೆ. ಸಿಗ್ನಲ್-ಟು-ಶಬ್ದ ಅನುಪಾತ (SNR) APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಪ್ರಮುಖ ಸೂಚಕವಾಗಿದೆ, ಇದಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಲಾಭ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಡಾರ್ಕ್ ಕರೆಂಟ್ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಎರಡು ಆಯಾಮದ (2D) ವಸ್ತುಗಳ ವ್ಯಾನ್ ಡೆರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಹೆಟೆರೊಜಂಕ್ಷನ್‌ಗಳ ಮೇಲಿನ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ APD ಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯಲ್ಲಿ ವಿಶಾಲ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಚೀನಾದ ಸಂಶೋಧಕರು ಫೋಟೊಸೆನ್ಸಿಟಿವ್ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬೈಪೋಲಾರ್ ದ್ವಿ-ಆಯಾಮದ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತು WSe₂ ಅನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಿದರು ಮತ್ತು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಅಂತರ್ಗತ ಗಳಿಕೆ ಶಬ್ದ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ, ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ Pt/WSe₂/Ni ರಚನೆಯೊಂದಿಗೆ APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಎಚ್ಚರಿಕೆಯಿಂದ ಸಿದ್ಧಪಡಿಸಿದರು.

ಸಂಶೋಧನಾ ತಂಡವು Pt/WSe₂/Ni ರಚನೆಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿತು, ಇದು ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ fW ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ಸಂಕೇತಗಳ ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವಿಕೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಿತು. ಅವರು ಅತ್ಯುತ್ತಮ ವಿದ್ಯುತ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತು WSe₂ ಅನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಿದರು ಮತ್ತು ಹೊಸ ರೀತಿಯ ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು Pt ಮತ್ತು Ni ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಿದರು. Pt, WSe₂ ಮತ್ತು Ni ನಡುವೆ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯನ್ನು ನಿಖರವಾಗಿ ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಫೋಟೊಜನರೇಟೆಡ್ ವಾಹಕಗಳನ್ನು ಹಾದುಹೋಗಲು ಆಯ್ದವಾಗಿ ಅನುಮತಿಸುವಾಗ ಡಾರ್ಕ್ ವಾಹಕಗಳನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ನಿರ್ಬಂಧಿಸುವ ಸಾರಿಗೆ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವು ವಾಹಕ ಪ್ರಭಾವ ಅಯಾನೀಕರಣದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಅತಿಯಾದ ಶಬ್ದವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವಿಕೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.

ನಂತರ, ದುರ್ಬಲ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಹಿಮಪಾತ ಪರಿಣಾಮದ ಹಿಂದಿನ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸಲು, ಸಂಶೋಧಕರು ಆರಂಭದಲ್ಲಿ WSe₂ ನೊಂದಿಗೆ ವಿವಿಧ ಲೋಹಗಳ ಅಂತರ್ಗತ ಕೆಲಸದ ಕಾರ್ಯಗಳ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಿದರು. ವಿಭಿನ್ನ ಲೋಹದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಲೋಹ-ಅರೆವಾಹಕ-ಲೋಹ (MSM) ಸಾಧನಗಳ ಸರಣಿಯನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಮೇಲೆ ಸಂಬಂಧಿತ ಪರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಹಿಮಪಾತವು ಪ್ರಾರಂಭವಾಗುವ ಮೊದಲು ವಾಹಕ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ, ಪ್ರಭಾವದ ಅಯಾನೀಕರಣದ ಯಾದೃಚ್ಛಿಕತೆಯನ್ನು ತಗ್ಗಿಸಬಹುದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಶಬ್ದ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಸಂಬಂಧಿತ ಪರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ಸಮಯದ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ Pt/WSe₂/Ni APD ಯ ಶ್ರೇಷ್ಠತೆಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲು, ಸಂಶೋಧಕರು ವಿಭಿನ್ನ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಲಾಭ ಮೌಲ್ಯಗಳ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಸಾಧನದ -3 dB ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಅನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಿದರು.

ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು Pt/WSe₂/Ni ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಸಮಾನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು (NEP) ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಕೇವಲ 8.07 fW/√Hz ಆಗಿದೆ. ಇದರರ್ಥ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅತ್ಯಂತ ದುರ್ಬಲ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸಬಹುದು. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಈ ಸಾಧನವು 20 kHz ನ ಮಾಡ್ಯುಲೇಷನ್ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿ 5×10⁵ ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಳಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಳಿಕೆ ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಅನ್ನು ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸಲು ಕಷ್ಟಕರವಾದ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಪತ್ತೆಕಾರಕಗಳ ತಾಂತ್ರಿಕ ಅಡಚಣೆಯನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಳಿಕೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಈ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯವು ಇದಕ್ಕೆ ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಿರೀಕ್ಷಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವಲ್ಲಿ ವಸ್ತು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ ಆಪ್ಟಿಮೈಸೇಶನ್‌ನ ನಿರ್ಣಾಯಕ ಪಾತ್ರವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳುವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳು ಮತ್ತು ಎರಡು ಆಯಾಮದ ವಸ್ತುಗಳ ಚತುರ ವಿನ್ಯಾಸದ ಮೂಲಕ, ಡಾರ್ಕ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್‌ಗಳ ರಕ್ಷಾಕವಚ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದು ಶಬ್ದ ಹಸ್ತಕ್ಷೇಪವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ.

ಈ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಪ್ರತಿಫಲಿಸುವುದಿಲ್ಲ, ಜೊತೆಗೆ ವ್ಯಾಪಕವಾದ ಅನ್ವಯಿಕ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಸಹ ಹೊಂದಿದೆ. ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ಡಾರ್ಕ್ ಕರೆಂಟ್ ಅನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ನಿರ್ಬಂಧಿಸುವುದು ಮತ್ತು ದ್ಯುತಿಉತ್ಪಾದಿತ ವಾಹಕಗಳ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ, ಈ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಪರಿಸರ ಮೇಲ್ವಿಚಾರಣೆ, ಖಗೋಳ ವೀಕ್ಷಣೆ ಮತ್ತು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನದಂತಹ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ. ಈ ಸಂಶೋಧನಾ ಸಾಧನೆಯು ಕಡಿಮೆ ಆಯಾಮದ ವಸ್ತು ದ್ಯುತಿಶೋಧಕಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ಹೊಸ ಆಲೋಚನೆಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುವುದಲ್ಲದೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ಶಕ್ತಿಯ ಆಪ್ಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳ ಭವಿಷ್ಯದ ಸಂಶೋಧನೆ ಮತ್ತು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ಹೊಸ ಉಲ್ಲೇಖಗಳನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ.