Mai gano zaftarewar dusar ƙanƙara mai girma biyu mai siffar biyu

Bipolar mai girma biyuna'urar gano ambaliyar ruwa

Na'urar gano zaftarewar dusar ƙanƙara mai girma biyu (bipolar avalanche photodetector)na'urar gano hoto ta APD) yana cimma ƙarancin hayaniya da kuma gano babban ƙarfin ji

Gano ƙwayoyin photon masu yawan gaske ko ma guda ɗaya yana da muhimman damar amfani a fannoni kamar su hoton haske mai rauni, na'urar hangen nesa da na'urar hangen nesa, da kuma sadarwa ta kwantum. Daga cikinsu, na'urar hangen nesa ta avalanche photodetector (APD) ta zama muhimmiyar hanya a fannin binciken na'urorin optoelectronic saboda halayenta na ƙaramin girma, inganci mai yawa da kuma sauƙin haɗawa. Rabon siginar zuwa hayaniya (SNR) muhimmin alama ne na na'urar hangen nesa ta APD, wanda ke buƙatar babban riba da ƙarancin hasken rana mai duhu. Binciken da aka yi kan abubuwan da ke tsakanin van der Waals na kayan girma biyu (2D) ya nuna fa'idodi masu yawa a cikin haɓaka APDs masu yawan aiki. Masu bincike daga China sun zaɓi kayan semiconductor masu girma biyu WSe₂ a matsayin kayan ɗaukar hoto da kuma na'urar hangen nesa ta APD da aka shirya da kyau tare da tsarin Pt/WSe₂/Ni wanda ke da mafi kyawun aikin aiki mai dacewa, don magance matsalar hayaniyar riba da ke tattare da na'urar hangen nesa ta APD ta gargajiya.

Ƙungiyar binciken ta gabatar da na'urar gano dusar ƙanƙara bisa tsarin Pt/WSe₂/Ni, wanda ya sami nasarar gano siginar haske mai rauni sosai a matakin fW a zafin ɗaki. Sun zaɓi kayan semiconductor mai girma biyu WSe₂, wanda ke da kyawawan halayen lantarki, kuma sun haɗa kayan lantarki na Pt da Ni don ƙirƙirar sabon nau'in na'urar gano dusar ƙanƙara. Ta hanyar inganta daidaiton aikin aiki tsakanin Pt, WSe₂ da Ni daidai, an tsara tsarin sufuri wanda zai iya toshe masu ɗaukar haske masu duhu yadda ya kamata yayin da aka zaɓi barin masu ɗaukar hoto su ratsa ta. Wannan tsarin yana rage yawan hayaniya da ke faruwa sakamakon tasirin ionization na masu ɗaukar hoto, wanda ke ba wa na'urar gano haske damar cimma gano siginar gani mai matuƙar tasiri a matakin ƙaramar amo.

Bayan haka, domin fayyace hanyar da ke bayan tasirin zaftarewar ƙasa da raunin filin lantarki ya haifar, masu binciken sun fara tantance dacewar ayyukan aiki na ƙarfe daban-daban tare da WSe₂. An ƙirƙiro jerin na'urorin ƙarfe-semiconductor-metal (MSM) tare da nau'ikan lantarki daban-daban na ƙarfe kuma an gudanar da gwaje-gwaje masu dacewa a kansu. Bugu da ƙari, ta hanyar rage watsawar masu ɗaukar kaya kafin a fara zaftarewar ƙasa, ana iya rage yawan tasirin ionization, ta haka rage hayaniya. Saboda haka, an gudanar da gwaje-gwaje masu dacewa. Don ƙara nuna fifikon Pt/WSe₂/Ni APD dangane da halayen amsawar lokaci, masu bincike sun ƙara kimanta bandwidth -3 dB na na'urar a ƙarƙashin ƙimar riba ta photoelectric daban-daban.

Sakamakon gwaji ya nuna cewa na'urar gano Pt/WSe₂/Ni tana nuna ƙarfin da ya yi daidai da ƙara (NEP) mai ƙarancin ƙarfi a zafin ɗaki, wanda yake 8.07 fW/√Hz kawai. Wannan yana nufin cewa na'urar gano siginar gani mai rauni sosai. Bugu da ƙari, wannan na'urar na iya aiki da kyau a mitar daidaitawa na 20 kHz tare da babban riba na 5 × 10⁵, ta hanyar samun nasarar magance matsalar fasaha ta na'urorin gano hotuna na gargajiya waɗanda ke da wahalar daidaita babban riba da bandwidth. Ana sa ran wannan fasalin zai samar da shi da fa'idodi masu mahimmanci a cikin aikace-aikacen da ke buƙatar babban riba da ƙarancin hayaniya.

Wannan bincike ya nuna muhimmiyar rawar da injiniyan kayan aiki da inganta hanyoyin sadarwa ke takawa wajen inganta aikinmasu daukar hotoTa hanyar ƙirƙirar na'urorin lantarki masu kyau da kayan aiki masu girma biyu, an sami tasirin kariya na masu ɗaukar sauti masu duhu, wanda hakan ya rage tsangwama sosai a cikin hayaniya da kuma ƙara inganta ingancin ganowa.

Aikin wannan na'urar gano haske ba wai kawai yana bayyana a cikin halayen hasken wutar lantarki ba, har ma yana da fa'idodi masu yawa na amfani. Tare da ingantaccen toshewar kwararar ruwa mai duhu a zafin ɗaki da kuma ingantaccen ɗaukar abubuwan ɗaukar hoto, wannan na'urar gano haske ya dace musamman don gano alamun haske masu rauni a fannoni kamar sa ido kan muhalli, lura da sararin samaniya, da sadarwa ta gani. Wannan nasarar bincike ba wai kawai tana ba da sabbin ra'ayoyi don haɓaka na'urorin gano haske masu ƙarancin girma ba, har ma tana ba da sabbin nassoshi don bincike da haɓaka na'urorin gano haske masu ƙarfi da ƙarancin ƙarfi a nan gaba.