Forscher entwickeln kurzwellige Infrarottechnologie, um die Erkennung von Sternenlicht zu ermöglichen

Das Team von Prof. Zhang Zhiyong an der Universität Peking hat einen Heteroübergangs-Feldeffekttransistor (HGFET) entwickelt, der eine hohe Empfindlichkeit bei der Kurzwellen-Infrarotdetektion mit einem aufgezeichneten spezifischen Detektionsvermögen von über 1014 Jones bei 1300 nm erreicht und damit die Sternenlichtdetektion ermöglicht. Ihre Forschung war vor kurzem veröffentlicht im Tagebuch Fortschrittliche Materialienmit dem Titel „Optoelektrischer entkoppelter Fototransistor zur Sternenlichterkennung“.

Hochempfindliche Kurzwellen-Infrarotdetektoren (SWIR) sind für die Erkennung schwacher Strahlung (typischerweise unter 10−8 W·Sr−1·cm−2·µm−1) mit passiven High-End-Bildsensoren unerlässlich. Allerdings kann die gängige SWIR-Detektion auf Basis epitaktischer Fotodioden ultraschwache Infrarotstrahlung aufgrund des Mangels an inhärenter Verstärkung nicht effektiv erkennen.

Um diese Lücke zu schließen, haben Forscher der Peking University School of Electronics und Mitarbeiter einen Heterojunction-Gated-Feldeffekttransistor (HGFET) vorgestellt, der eine ultrahohe Photoverstärkung und außergewöhnlich geringes Rauschen im kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR) erreicht und davon profitiert ein Design, das einen umfassenden optoelektrischen Entkopplungsmechanismus beinhaltet.

Das Team entwickelte einen HGFET, der aus einem kolloidalen Quantenpunkt (CQD)-basierten Pin-Heteroübergang und einem Kohlenstoffnanoröhren (CNT)-Feldeffekttransistor besteht, der SWIR-Signale mit einer hohen Eigenverstärkung deutlich erkennt und verstärkt und gleichzeitig das Rauschen minimal verstärkt, was zu a führt zeichnete eine spezifische Detektivität über 1014 Jones bei 1300 nm und ein aufgezeichnetes maximales Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt von 69,2 THz auf.

Direkte Vergleichstests zeigen, dass der HGFET schwache Infrarotstrahlung bei 0,46 nW cm-2 erkennen kann, wodurch dieser Detektor viel empfindlicher ist als die kommerziellen und gemeldeten SWIR-Detektoren und insbesondere die Erkennung oder Sicht von Sternenlicht ermöglicht.