Forscher entwerfen neuen UV-Fotodetektor mit eigener Stromversorgung

Die Erkennung von ultraviolettem (UV) Licht kann Branchen wie Bauingenieurwesen, militärische Verteidigung, Luft- und Raumfahrtforschung und medizinische Forschung revolutionieren. Die Zukunft der Elektronik hängt stark von energieeffizienten Geräten ab, die unabhängig funktionieren können, was die Entwicklung photoelektrischer UV-Detektoren entscheidend macht. Diese Detektoren gibt es in zwei Haupttypen: photoleitfähig und photovoltaisch, jeweils mit einzigartigen Vorteilen und Anwendungen.

Photoleitfähige Detektoren beruhen auf den Änderungen der Leitfähigkeit von Halbleitern unter UV-Licht, benötigen jedoch eine externe Stromquelle, was ihre praktische Anwendung einschränkt. Photovoltaik-Detektoren wandeln idealerweise optische Signale in elektrische Signale um, ohne eine externe Stromversorgung zu benötigen, aber sie haben auch eine geringe Lichtempfindlichkeit, sodass eine externe Versorgung weiterhin benötigt wird. Außerdem sind herkömmliche Festkörper-UV-Detektoren komplex herzustellen und nicht sehr bequem oder kosteneffektiv.

Es wurden neue photoelektrochemische Ultraviolett-Photodetektoren (PEC UV PD) entwickelt, um UV-Licht durch Verwendung einer chemischen Reaktion zu erkennen, die ein elektrisches Signal erzeugt, wenn sie UV-Licht ausgesetzt wird. Aber die meisten können nur eine Art von ultraviolettem Licht erkennen.

Wie in berichtet Advanced Photonics Nexushaben Forscher der Nanjing University of Posts and Telecommunications (NJUPT) und der Nanjing University kürzlich ein PEC UV PD entwickelt, das zwei Arten von ultraviolettem Licht erkennen kann, indem es eine spezielle Art von Nanostruktur aus verschiedenen Schichten verwendet. Dieses Design macht den Detektor empfindlich gegenüber Veränderungen in der Umgebung, und die Forscher konnten die Leistung des Detektors weiter verbessern, indem sie seine Oberfläche modifizierten. Dieses neue Design bietet eine vielversprechende Strategie für die Entwicklung multifunktionaler optoelektronischer Geräte.

Das Forschungsteam verwendete eine geschichtete Aluminium-Gallium-Nitrid (p-AlGaN/GaN)-Nanostruktur als Elektrode in einem Drei-Elektroden-System, um zu untersuchen, wie es Licht erkennt. Sie fanden heraus, dass winzige Halbleiter-GaN-Nanodrähte für die Steuerung des elektrischen Stromflusses und die Umkehrung der Richtung des Photostroms als Reaktion auf verschiedene Arten von Licht unerlässlich sind. Sie entdeckten, dass die Nanodrähte unter 365-nm-Licht als Lichtabsorber wirken und gleichzeitig als Elektronendonator dienen, wenn sie 255-nm-Licht ausgesetzt werden, was hilft, die Lichtempfindlichkeit bei verschiedenen Wellenlängen zu regulieren.

Das PEC-UV-PD-Design ist in der Lage, zwischen verschiedenen Lichtwellenlängen zu unterscheiden, indem geschichtete AlGaN/GaN-Nanodrähte anstelle von blanken AlGaN-Nanodrähten verwendet werden, wodurch eine Photostrom-Polaritätsumkehr an zwei verschiedenen Punkten erreicht wird. Dadurch reagiert es sehr empfindlich auf Veränderungen in der Umgebung, was eine einfache Regulierung der Lichtreaktion durch Lichtintensität und externe Vorspannung ermöglicht. Darüber hinaus konnten die Forscher durch Einbeziehung von Platin in die Oberflächenmodifikation mit dem PEC PD die Lichtreaktion verbessern und ultraschnelle Reaktionsgeschwindigkeiten von 20 ms bei 255-nm-Licht erreichen.

Laut Dunjun Chen, Professor für Electronic Science and Engineering und einer der entsprechenden Autoren der Arbeit, „haben wir uns auf die Bedeutung des GaN-Segments in diesem System konzentriert und gezeigt, wie es die Art und Weise beeinflusst, wie das System Energie transportiert.“ Chen fügt hinzu: „Dieses selbstversorgte PEC-Photodetektionssystem bietet eine neue Möglichkeit, die Transportmechanismen in AlGaN/GaN-Nanodraht-PEC-Systemen zu verstehen, was in Zukunft zur Entwicklung noch fortschrittlicherer optoelektronischer Geräte führen könnte.“

Dieser Durchbruch unterstreicht das Potenzial zur Manipulation der Nanodrahtkonstruktion und der Oberflächendynamik zur Verbesserung der multifunktionalen Leistung von PEC-PDs und kann den Weg für effizientere und effektivere Geräte ebnen, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können.