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用于高性能红外勘探的光伏场效应晶体管

来源:http://www.kova-im.com 责任编辑:w66利来国际老牌 更新日期:2019-03-30 08:47

  用于高性能红外勘探的光伏场效应晶体管

  红外勘探技能在夜视、健康监测、光通信和三维物体辨认等范畴具有很高的使用价值。抱负的红外勘探器有必要具有快速呼应、高呼应率和低功耗等特色。而硅的带隙约 1.1 eV,无法吸收波长大于 ~1100 nm 的光子,因而不能直接用于红外波段的光勘探。根据这个原因,很多研讨人员尽力探究一种结合最新的红外传感技能,完成与硅集成的红外勘探功用。

  【效果简介】

  美国多伦多大学电子与核算工程系的Edward H. Sargent(通讯作者)等人制备了一种用硅完成电荷输运的光伏场效应晶体管,因为加入了量子点光吸收体,该晶体管能够完成对红外光的呼应。器材作业时,光伏效应发生于硅和量子点的界面处,结合硅的高跨导特性,能够使器材具有高增益(1500 nm波利益,>104 电子/光子)、快时刻呼应(小于10微秒)、可调的宽光谱呼应性等优秀特性。比较之前报导的硅基红外勘探器,本作业中制备的光伏场效应晶体管在1500 nm 波利益灵敏度提高了5个数量级。更重要的是,他们所用的量子点是选用室温溶液法制备的,无需传统半导体(锗和III-V族半导体等)所需的高温外延成长进程。因而,胶体量子点可被用于硅基红外勘探器材,与现有的外延半导体器材比较具有共同优势。

  【图文简介】

  图1 PVFET 的结构和物理原理

  a Si:CQD PVFET的三维模型;

  b 器材作业时的电路示意图;

  c 1300nm波长光鼓励下,器材的核算机辅佐技能(TCAD)模仿发现光生载流子仅在CQD光栅处发生;

  d 1300nm波长光鼓励下,器材的核算机辅佐技能(TCAD)模仿研讨了黑暗处的空穴密度。光信号发生光伏,导致硅沟道的耗尽区缩短,进而使空穴密度和沟道电导添加;

  e 平衡状态下的能带示意图;

  f 不同情况下的空穴密度研讨。

  图2 PVFET 的数值结算和理论剖析

  a 不同器材的增益-暗电流模型;

  b 不同旗舰的增益-频率曲线;

  c PVFET、光电导元件和光-FET的增益-频率联系模型。

  图3 PVFET的表征

  a Si:CQD PVFET的光谱增益;

  b 入射光功率的呼应函数;

  c 器材作业时的呼应率。

  图4 Si:CQD PVFET的呼应时刻

  a 上升和下落边际标明很快和很慢的组分;

  b 上升和下落边际的快组分的闭合;

  c PVFET在100-kHz调制信号下的呼应。

  【小结】

  这种Si:CQD PVFET具有高增益、宽谱呼应(包括红外波段)、高呼应速度和包括暗电流等长处。其功能能够经过先进的硅工艺进一步提高。该作业亮点在于,将老练的硅电子工艺和CQDs的杰出优势相结合,创造出两者兼有并互补的新式器材结构。该作业关于了解根据光伏效应和跨导增益的勘探机制有很大的杠杆促进作用。

  

   光伏场效应光伏发电太阳能

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