Photodétecteurs à injection de charge au graphène avec une bande passante de détection plus large

Photodétecteurs à injection de charge au graphène avec une bande passante de détection plus large

Les photodétecteurs qui offrent une imagerie à large bande de l’ultraviolet à l’infrarouge peuvent être créés à l’aide de graphène multicouche pour l’injection de photo-charge infrarouge, d’un puits d’appauvrissement en silicium pour l’intégration de charge et de graphène monocouche pour une lecture directe non destructive. Crédit : Liu et al.

Les photodétecteurs, des capteurs qui peuvent détecter la lumière ou d’autres formes de rayonnement électromagnétique, sont des composants essentiels des outils d’imagerie, des systèmes de communication et de diverses autres technologies sur le marché. Ces capteurs fonctionnent en convertissant les photons (c’est-à-dire les particules de lumière) en courant électrique.

Des chercheurs de l’Université du Zhejiang ont récemment développé un nouveau photodétecteur capable de détecter la lumière dans une bande passante plus large. Leur dispositif, présenté dans un article publié dans Électronique naturellepourrait être utilisé pour développer de nouvelles technologies d’imagerie plus avancées.

“Notre récent projet est basé sur les technologies d’imagerie traditionnelles des dispositifs à couplage de charge (CCD) et des semi-conducteurs à oxyde de métal (CMOS)”, a déclaré le professeur Yang Xu, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, à TechXplore. “Nos nouveaux dispositifs d’imagerie combinant la porte photoélectrique MOS de CCD pour une sensibilité élevée et la structure de pixels indépendante de CMOS peuvent bénéficier de manière significative de l’intégration monolithique, des performances et de la lecture.”

En règle générale, les imageurs CCD et CMOS à base de silicium (Si) ne peuvent détecter que la lumière dans le domaine visible, en raison de leur limite d’absorption de bande interdite intrinsèque. Xu et ses collègues ont pu élargir la bande passante de la lumière pouvant être captée par leur photodétecteur en y incorporant du graphène.

“Notre objectif était d’améliorer la réactivité et les performances spectrales des capteurs d’image à base de silicium”, a expliqué Xu. “Tout d’abord, nous avons formé une jonction Schottky entre le Si et le graphène multicouche (MLG), où les trous chauds induits par la lumière infrarouge dans le MLG sont injectés dans le Si (type n) sous le champ électrique de Vg via photo-thermionic (PTI ) En second lieu, nous avons formé un puits d’épuisement profond dans le SiO2Interface /Si sous l’impulsion de tension, stockant et intégrant des photo-charges.”

En fin de compte, les chercheurs ont placé du graphène monocouche (SLG) au-dessus de l’oxyde dans leur appareil. Cette couche permet finalement au photodétecteur de lire directement et de manière non destructive les porteurs stockés dans le puits d’appauvrissement profond grâce à l’effet photogate, qui est causé par le champ fort du graphène.

“La conception de notre dispositif proposé réalise une lecture in situ au niveau des pixels des charges dans le puits de potentiel d’épuisement profond, évitant le transfert de charge séquentiel dans les dispositifs CCD traditionnels”, a déclaré Xu. “De plus, nous avons élargi la bande passante de détection à l’IR en intégrant un chemin d’injection de charge MLG au bas de l’appareil.”

Lors des premiers tests, Xu et ses collègues ont découvert que la bande passante de détection de leur photodétecteur est nettement plus large que celle des appareils traditionnels à base de Si, qui ne détectent généralement que la lumière dans la longueur d’onde visible. Comme il intègre un canal de lecture SLG, un puits à appauvrissement profond à base de silicium et une couche d’injection de charge (MLG), le dispositif pourrait être particulièrement utile pour les applications d’imagerie à intégration haute densité.

“Notre article résout deux problèmes cruciaux, en remplaçant le transfert de charge séquentiel par une lecture directe, ce qui simplifie l’architecture et le traitement des données, tout en élargissant la plage de réponse à l’IR par injection de charge infrarouge”, a déclaré Xu. “Je tiens également à remercier nos collaborateurs, le professeur Chao Gao, le professeur Xiangfeng Duan, le professeur Xiaomu Wang, le professeur Tawfique Hasan, le professeur Zhipei Sun et le professeur Bin Yu pour leur importante contribution.”

À l’avenir, le photodétecteur développé par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisé pour développer des dispositifs d’imagerie pour la fusion d’images à large bande, la vision par ordinateur, les robots et diverses autres applications. Dans leur article, Xu et ses collègues décrivent également brièvement une série de suggestions pour la conception de circuits qui pourraient permettre l’intégration de leurs appareils avec une technologie nouvelle ou existante.

“Dans nos prochaines études, nous nous concentrerons plus en profondeur sur l’intégration de nos appareils”, a ajouté Xu. “Nos appareils peuvent remplir la fonction de stockage d’informations sur les pixels via le stockage de porteurs induits par la lumière dans le puits de potentiel. Ceci, combiné à la réactivité réglable, pourrait potentiellement s’avérer précieux pour la construction d’appareils neuromorphiques.”


Dispositifs optoélectroniques à molécule unique


Plus d’information:
Wei Liu et al, photodétecteurs à injection de charge de graphène, Électronique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41928-022-00755-5

© 2022 Réseau Science X

Citation: Photodétecteurs à injection de charge de graphène avec une bande passante de détection plus large (10 juin 2022) récupéré le 10 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-graphene-charge-injection-photodetectors-broader-bandwidth.html

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