ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಸ್ವಯಂ ಚಾಲಿತ ಅತಿಗೆಂಪು ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್

ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಸ್ವಯಂ ಚಾಲಿತಅತಿಗೆಂಪು ದ್ಯುತಿಶೋಧಕ

ಅತಿಗೆಂಪುಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಬಲವಾದ ಹಸ್ತಕ್ಷೇಪ-ವಿರೋಧಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ, ಬಲವಾದ ಗುರಿ ಗುರುತಿಸುವಿಕೆ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ, ಎಲ್ಲಾ ಹವಾಮಾನ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆ ಮತ್ತು ಉತ್ತಮ ಮರೆಮಾಚುವಿಕೆಯ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇದು ವೈದ್ಯಕೀಯ, ಮಿಲಿಟರಿ, ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಪರಿಸರ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ನಂತಹ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರವನ್ನು ವಹಿಸುತ್ತಿದೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, ಸ್ವಯಂ ಚಾಲಿತದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪತ್ತೆಬಾಹ್ಯ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸರಬರಾಜು ಇಲ್ಲದೆ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದಾದ ಚಿಪ್ ಅದರ ವಿಶಿಷ್ಟ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯಿಂದಾಗಿ (ಶಕ್ತಿ ಸ್ವಾತಂತ್ರ್ಯ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂವೇದನೆ ಮತ್ತು ಸ್ಥಿರತೆ, ಇತ್ಯಾದಿ) ಅತಿಗೆಂಪು ಪತ್ತೆ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕ ಗಮನ ಸೆಳೆದಿದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಅಥವಾ ನ್ಯಾರೋಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್-ಆಧಾರಿತ ಅತಿಗೆಂಪು ಚಿಪ್‌ಗಳಂತಹ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪತ್ತೆ ಚಿಪ್‌ಗಳು, ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್‌ಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಫೋಟೊಜನರೇಟೆಡ್ ವಾಹಕಗಳ ಪ್ರತ್ಯೇಕತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಬಯಾಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಉಷ್ಣ ಶಬ್ದವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಮತ್ತು ಸ್ಪಂದಿಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಹೆಚ್ಚುವರಿ ತಂಪಾಗಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ ಮುಂದಿನ ಪೀಳಿಗೆಯ ಅತಿಗೆಂಪು ಪತ್ತೆ ಚಿಪ್‌ಗಳ ಹೊಸ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳು ಮತ್ತು ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸುವುದು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಕಡಿಮೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಳಕೆ, ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರ, ಕಡಿಮೆ ವೆಚ್ಚ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ.

ಇತ್ತೀಚೆಗೆ, ಚೀನಾ ಮತ್ತು ಸ್ವೀಡನ್‌ನ ಸಂಶೋಧನಾ ತಂಡಗಳು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ನ್ಯಾನೊರಿಬ್ಬನ್ (GNR) ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳು/ಅಲ್ಯೂಮಿನಾ/ಸಿಂಗಲ್ ಸ್ಫಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಒಂದು ಹೊಸ ಪಿನ್ ಹೆಟೆರೊಜಂಕ್ಷನ್ ಸ್ವಯಂ-ಚಾಲಿತ ಶಾರ್ಟ್-ವೇವ್ ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ (SWIR) ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪತ್ತೆ ಚಿಪ್ ಅನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿವೆ. ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ ಮತ್ತು ಅಂತರ್ನಿರ್ಮಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಪ್ರಚೋದಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗೇಟಿಂಗ್ ಪರಿಣಾಮದ ಸಂಯೋಜಿತ ಪರಿಣಾಮದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ, ಚಿಪ್ ಶೂನ್ಯ ಬಯಾಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ನಲ್ಲಿ ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ಪತ್ತೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು. ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪತ್ತೆ ಚಿಪ್ ಸ್ವಯಂ-ಚಾಲಿತ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ 75.3 A/W ವರೆಗಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, 7.5 × 10¹⁴ ಜೋನ್ಸ್‌ನ ಪತ್ತೆ ದರ ಮತ್ತು 104% ಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಬಾಹ್ಯ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಇದು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಚಿಪ್‌ಗಳ ಪತ್ತೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ದಾಖಲೆಯ 7 ಆದೇಶಗಳಿಂದ ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಡ್ರೈವ್ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ, ಚಿಪ್‌ನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರ, ಪತ್ತೆ ದರ ಮತ್ತು ಬಾಹ್ಯ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯು ಕ್ರಮವಾಗಿ 843 A/W, 10¹⁵ ಜೋನ್ಸ್ ಮತ್ತು 105% ರಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇವೆಲ್ಲವೂ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ವರದಿಯಾದ ಅತ್ಯಧಿಕ ಮೌಲ್ಯಗಳಾಗಿವೆ. ಏತನ್ಮಧ್ಯೆ, ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನ ಮತ್ತು ಅತಿಗೆಂಪು ಚಿತ್ರಣ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪತ್ತೆ ಚಿಪ್‌ನ ನೈಜ-ಜಗತ್ತಿನ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು, ಅದರ ಬೃಹತ್ ಅನ್ವಯಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಎತ್ತಿ ತೋರಿಸಿತು.

ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ನ್ಯಾನೊರಿಬ್ಬನ್‌ಗಳು /Al₂O₃/ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ವ್ಯವಸ್ಥಿತವಾಗಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು, ಸಂಶೋಧಕರು ಅದರ ಸ್ಥಿರ (ಪ್ರಸ್ತುತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಕರ್ವ್) ಮತ್ತು ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ವಿಶಿಷ್ಟ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು (ಪ್ರಸ್ತುತ-ಸಮಯದ ಕರ್ವ್) ಪರೀಕ್ಷಿಸಿದರು. ವಿಭಿನ್ನ ಬಯಾಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ಗಳ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ನ್ಯಾನೊರಿಬ್ಬನ್ /Al₂O₃/ ಮೊನೊಕ್ರಿಸ್ಟಲಿನ್ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ವ್ಯವಸ್ಥಿತವಾಗಿ ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಲು, ಸಂಶೋಧಕರು ಸಾಧನದ ಡೈನಾಮಿಕ್ ಕರೆಂಟ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು 0 V, -1 V, -3 V ಮತ್ತು -5 V ಬಯಾಸ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಅಳೆಯುತ್ತಾರೆ, 8.15 μW/cm² ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪವರ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ. ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್ ರಿವರ್ಸ್ ಬಯಾಸ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಲ್ಲಾ ಬಯಾಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ವೇಗದ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ವೇಗವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.

ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ಸಂಶೋಧಕರು ಒಂದು ಇಮೇಜಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸಿದರು ಮತ್ತು ಶಾರ್ಟ್-ವೇವ್ ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್‌ನ ಸ್ವಯಂ-ಚಾಲಿತ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಸಾಧಿಸಿದರು. ಈ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಶೂನ್ಯ ಪಕ್ಷಪಾತದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಯಾವುದೇ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿಲ್ಲ. ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು "T" ಅಕ್ಷರದ ಮಾದರಿಯೊಂದಿಗೆ ಕಪ್ಪು ಮುಖವಾಡವನ್ನು ಬಳಸಿ ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಲಾಯಿತು (ಚಿತ್ರ 1 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ).

ಕೊನೆಯಲ್ಲಿ, ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ನ್ಯಾನೊರಿಬ್ಬನ್‌ಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಸ್ವಯಂ-ಚಾಲಿತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ತಯಾರಿಸಿತು ಮತ್ತು ದಾಖಲೆಯ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರವನ್ನು ಸಾಧಿಸಿತು. ಏತನ್ಮಧ್ಯೆ, ಸಂಶೋಧಕರು ಇದರ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನ ಮತ್ತು ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದರು.ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಪಂದಿಸುವ ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಈ ಸಂಶೋಧನಾ ಸಾಧನೆಯು ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ನ್ಯಾನೊರಿಬ್ಬನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವಿಧಾನವನ್ನು ಒದಗಿಸುವುದಲ್ಲದೆ, ಸ್ವಯಂ-ಚಾಲಿತ ಶಾರ್ಟ್-ವೇವ್ ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳಾಗಿ ಅವುಗಳ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ.