یک جهش قابل توجه در فناوری اپتیکال در آستانه تحول در نحوه آشکارسازی نور فرابنفش است. محققان موسسه IEEE از یک مدل عددی پیچیده و جدید رونمایی کردهاند که به طور چشمگیری طراحی و کارایی فتودیودهای بهمنی (APDs) را بهبود میبخشد؛ سنسورهای حیاتی که در قلب سیستمهای آشکارسازی UV قرار دارند.
این کار پیشگامانه که توسط دکتر جاناتان شوستر در آزمایشگاه تحقیقاتی DEVCOM ارتش رهبری میشود، مستقیماً با یک مانع دیرینه در فوتونیک مقابله میکند: آشکارسازی کارآمد طول موجهای نزدیک به فرابنفش (NUV). نور NUV، با انرژی فوتون پایینتر، به طور سنتی به سنسورهایی با لایههای جاذب ضخیمتر نیاز دارد؛ یک الزام طراحی که از لحاظ تاریخی توسعه را پیچیده و عملکرد را محدود کرده است.
مدل جدید یک راهحل قدرتمند ارائه میدهد. تیم تحقیقاتی با بهرهگیری از یک کتابخانه مواد سیلیکون کاربید (4H-SiC) که به دقت کالیبره شده است، با موفقیت معماریهای سنسور پیشرفتهای به نام ساختارهای «جذب و تکثیر بار جداگانه» (SACM) را مهندسی کردند. این ساختارها به طور خاص برای پاسخگویی به نیازهای آشکارسازی NUV طراحی شدهاند.
این مطالعه دو طرح اصلی SACM را مورد بررسی قرار داد:
- ساختار بدون رسیدن (NRT): این طرح به بازده کوانتومی بهره واحد (QE) قابل توجهی تا ۳۲٪ در طول موج ۳۴۰ نانومتر دست یافت.
- ساختار با رسیدن (RT): این معماری بهبود چشمگیری را نشان داد و به بازده کوانتومی خیرهکننده ۷۱٪ رسید — بیش از دو برابر عملکرد طرح NRT.
نکته حیاتی این است که هر دو طرح، میدان الکتریکی قدرتمند لازم برای عملکرد در حالت گایگر را حفظ میکنند، که امکان آشکارسازی فوتونهای منفرد با حساسیت فوقالعاده بالا را فراهم میآورد. این قابلیت برای کاربردهایی که نیازمند دقت بالا و آشکارسازی در نور کم هستند، حیاتی است.
پیامدهای واقعی این پیشرفت بسیار گسترده است. آشکارسازی بهبودیافته UV فناوریها را در بخشهای متعددی ارتقا خواهد داد، از جمله سیستمهای پیشرفته UV کور از خورشید برای کاربردهای دفاعی، نظارت دقیق بر احتراق در موتورهای صنعتی، سنجش محیطی حیاتی برای آلودگی و مطالعات جوی، و سیستمهای تصویربرداری نسل آینده. این تحقیق نه تنها یک مشکل فنی کلیدی را حل میکند، بلکه دری را به روی نسل جدیدی از سنسورهای فرابنفش کارآمدتر و تواناتر باز میکند.
برای اطلاعات بیشتر به منبع مراجعه کنید: