دو قطبی دو جہتی برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر

دو قطبی دو جہتیبرفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر

دو قطبی دو جہتی برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر (اے پی ڈی فوٹو ڈیٹیکٹر) انتہائی کم شور اور اعلی حساسیت کا پتہ لگاتا ہے۔

چند فوٹونز یا یہاں تک کہ سنگل فوٹونز کی اعلیٰ حساسیت کا پتہ لگانے میں کمزور روشنی کی تصویر کشی، ریموٹ سینسنگ اور ٹیلی میٹری، اور کوانٹم کمیونیکیشن جیسے شعبوں میں استعمال کے اہم امکانات ہوتے ہیں۔ ان میں سے، avalanche photodetector (APD) چھوٹے سائز، اعلی کارکردگی اور آسان انضمام کی خصوصیات کی وجہ سے آپٹو الیکٹرانک ڈیوائس ریسرچ کے میدان میں ایک اہم سمت بن گیا ہے۔ سگنل سے شور کا تناسب (SNR) APD فوٹو ڈیٹیکٹر کا ایک اہم اشارہ ہے، جس کے لیے زیادہ فائدہ اور کم تاریک کرنٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ دو جہتی (2D) مواد کے وین ڈیر والس ہیٹروجنکشنز پر تحقیق اعلی کارکردگی والے اے پی ڈی کی ترقی میں وسیع امکانات کو ظاہر کرتی ہے۔ چین کے محققین نے دو قطبی دو جہتی سیمی کنڈکٹر مواد WSe₂ کو فوٹو حساس مواد کے طور پر منتخب کیا اور Pt/WSe₂/Ni ڈھانچے کے ساتھ APD فوٹو ڈیٹیکٹر کو احتیاط سے تیار کیا جس میں بہترین مماثل کام کا فنکشن ہے، تاکہ روایتی APD فوٹو ڈیٹیکٹر کے موروثی فائدہ کے شور کے مسئلے کو حل کیا جا سکے۔

تحقیقی ٹیم نے Pt/WSe₂/Ni ڈھانچے کی بنیاد پر برفانی تودے کا فوٹو ڈیٹیکٹر تجویز کیا، جس نے کمرے کے درجہ حرارت پر fW سطح پر انتہائی کمزور روشنی کے سگنلز کی انتہائی حساس شناخت حاصل کی۔ انہوں نے دو جہتی سیمی کنڈکٹر مواد WSe₂ کا انتخاب کیا، جس میں بہترین برقی خصوصیات ہیں، اور Pt اور Ni الیکٹروڈ مواد کو ملا کر ایک نئی قسم کا برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر کامیابی سے تیار کیا ہے۔ Pt، WSe₂ اور Ni کے درمیان کام کے فنکشن کی مماثلت کو درست طریقے سے بہتر بناتے ہوئے، ایک ٹرانسپورٹ میکانزم ڈیزائن کیا گیا تھا جو ڈارک کیریئرز کو مؤثر طریقے سے روک سکتا ہے جبکہ منتخب طور پر فوٹو جنریٹڈ کیریئرز کو گزرنے کی اجازت دیتا ہے۔ یہ طریقہ کار کیریئر امپیکٹ آئنائزیشن کی وجہ سے زیادہ شور کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے، جس سے فوٹو ڈیٹیکٹر کو انتہائی کم شور کی سطح پر انتہائی حساس آپٹیکل سگنل کا پتہ لگانے کے قابل بناتا ہے۔

پھر، کمزور برقی میدان کی وجہ سے برفانی تودے کے اثر کے پیچھے میکانزم کو واضح کرنے کے لیے، محققین نے ابتدائی طور پر WSe₂ کے ساتھ مختلف دھاتوں کے موروثی کام کے افعال کی مطابقت کا جائزہ لیا۔ مختلف دھاتی الیکٹروڈ کے ساتھ میٹل-سیمک کنڈکٹر-میٹل (MSM) آلات کی ایک سیریز من گھڑت تھی اور ان پر متعلقہ ٹیسٹ کیے گئے تھے۔ اس کے علاوہ، برفانی تودے کے شروع ہونے سے پہلے کیریئر کے بکھرنے کو کم کرکے، اثر آئنائزیشن کی بے ترتیب پن کو کم کیا جا سکتا ہے، اس طرح شور کو کم کیا جا سکتا ہے۔ لہذا، متعلقہ ٹیسٹ کئے گئے تھے. وقتی ردعمل کی خصوصیات کے لحاظ سے Pt/WSe₂/Ni APD کی برتری کو مزید ظاہر کرنے کے لیے، محققین نے مختلف فوٹو الیکٹرک گین اقدار کے تحت ڈیوائس کی -3 dB بینڈوتھ کا مزید جائزہ لیا۔

تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ Pt/WSe₂/Ni ڈیٹیکٹر کمرے کے درجہ حرارت پر انتہائی کم شور کے برابر طاقت (NEP) کی نمائش کرتا ہے، جو صرف 8.07 fW/√Hz ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ڈیٹیکٹر انتہائی کمزور آپٹیکل سگنلز کی شناخت کر سکتا ہے۔ مزید برآں، یہ آلہ 5×10⁵ کے اعلیٰ فائدے کے ساتھ 20 kHz کی ماڈیولیشن فریکوئنسی پر مستحکم طریقے سے کام کر سکتا ہے، جو روایتی فوٹوولٹک ڈٹیکٹروں کی تکنیکی رکاوٹ کو کامیابی سے حل کر سکتا ہے جو کہ زیادہ فائدہ اور بینڈوتھ کو متوازن کرنا مشکل ہے۔ اس خصوصیت سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ ان ایپلی کیشنز میں اہم فوائد فراہم کرے گی جن میں زیادہ فائدہ اور کم شور کی ضرورت ہوتی ہے۔

یہ تحقیق مادی انجینئرنگ اور انٹرفیس کی اصلاح کی کارکردگی کو بڑھانے میں اہم کردار کو ظاہر کرتی ہے۔فوٹو ڈیٹیکٹر. الیکٹروڈز اور دو جہتی مواد کے ذہین ڈیزائن کے ذریعے، تاریک کیریئرز کا ایک حفاظتی اثر حاصل کیا گیا ہے، جس سے شور کی مداخلت کو نمایاں طور پر کم کیا گیا ہے اور پتہ لگانے کی کارکردگی میں مزید بہتری آئی ہے۔

اس ڈٹیکٹر کی کارکردگی نہ صرف فوٹو الیکٹرک خصوصیات سے ظاہر ہوتی ہے بلکہ اس کے استعمال کے وسیع امکانات بھی ہیں۔ کمرے کے درجہ حرارت پر تاریک کرنٹ کو مؤثر طریقے سے روکنے اور فوٹو جنریٹڈ کیریئرز کے موثر جذب کے ساتھ، یہ ڈٹیکٹر خاص طور پر ماحولیاتی نگرانی، فلکیاتی مشاہدے اور آپٹیکل کمیونیکیشن جیسے شعبوں میں روشنی کے کمزور سگنلز کا پتہ لگانے کے لیے موزوں ہے۔ یہ تحقیقی کامیابی نہ صرف کم جہتی مادی فوٹو ڈیٹیکٹرز کی ترقی کے لیے نئے آئیڈیاز فراہم کرتی ہے بلکہ اعلیٰ کارکردگی اور کم طاقت والے آپٹو الیکٹرانک آلات کی مستقبل کی تحقیق اور ترقی کے لیے نئے حوالے بھی پیش کرتی ہے۔