দ্বিমেরু দ্বিমাত্রিকতুষারপাতের ফটোডিটেক্টর
দ্বি-মাত্রিক তুষারপাত ফটোডিটেক্টর (APD ফটোডিটেক্টর) অতি-নিম্ন শব্দ এবং উচ্চ সংবেদনশীলতা সনাক্তকরণ অর্জন করে
দুর্বল আলোক চিত্র, দূরবর্তী সংবেদন এবং টেলিমেট্রি এবং কোয়ান্টাম যোগাযোগের মতো ক্ষেত্রে কয়েকটি ফোটন বা এমনকি একক ফোটনের উচ্চ-সংবেদনশীলতা সনাক্তকরণের গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ সম্ভাবনা রয়েছে। এর মধ্যে, ছোট আকার, উচ্চ দক্ষতা এবং সহজ ইন্টিগ্রেশনের বৈশিষ্ট্যের কারণে অ্যাভালানচ ফটোডিটেক্টর (APD) অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইস গবেষণার ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হয়ে উঠেছে। সিগন্যাল-টু-নয়েজ রেশিও (SNR) হল APD ফটোডিটেক্টরের একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক, যার জন্য উচ্চ লাভ এবং কম অন্ধকার প্রবাহ প্রয়োজন। দ্বি-মাত্রিক (2D) উপকরণের ভ্যান ডার ওয়ালস হেটেরোজংশনের উপর গবেষণা উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন APD-এর বিকাশে বিস্তৃত সম্ভাবনা দেখায়। চীনের গবেষকরা বাইপোলার দ্বি-মাত্রিক সেমিকন্ডাক্টর উপাদান WSe₂ কে আলোক সংবেদনশীল উপাদান হিসাবে এবং সাবধানতার সাথে প্রস্তুত করা APD ফটোডিটেক্টরকে Pt/WSe₂/Ni কাঠামোর সাথে বেছে নিয়েছেন, যাতে ঐতিহ্যবাহী APD ফটোডিটেক্টরের অন্তর্নিহিত লাভ শব্দ সমস্যা সমাধান করা যায়।
গবেষণা দলটি Pt/WSe₂/Ni কাঠামোর উপর ভিত্তি করে একটি অ্যাভালানস্ফ্যাটোজ ফটোডিটেক্টর প্রস্তাব করেছে, যা ঘরের তাপমাত্রায় fW স্তরে অত্যন্ত দুর্বল আলোক সংকেতগুলির অত্যন্ত সংবেদনশীল সনাক্তকরণ অর্জন করেছে। তারা দ্বি-মাত্রিক অর্ধপরিবাহী উপাদান WSe₂ নির্বাচন করেছে, যার চমৎকার বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, এবং Pt এবং Ni ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলিকে একত্রিত করে একটি নতুন ধরণের অ্যাভালানস্ফ্যাটোজ ফটোডিটেক্টর সফলভাবে তৈরি করেছে। Pt, WSe₂ এবং Ni-এর মধ্যে কাজের ফাংশনের মিলকে সঠিকভাবে অপ্টিমাইজ করে, একটি পরিবহন ব্যবস্থা তৈরি করা হয়েছিল যা কার্যকরভাবে অন্ধকার বাহকগুলিকে ব্লক করতে পারে এবং নির্বাচিতভাবে ফটোজেনারেটেড বাহকগুলিকে অতিক্রম করার অনুমতি দেয়। এই ব্যবস্থাটি ক্যারিয়ার ইমপ্যাক্ট আয়নাইজেশনের কারণে সৃষ্ট অতিরিক্ত শব্দকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে, ফটোডিটেক্টরকে অত্যন্ত কম শব্দ স্তরে অত্যন্ত সংবেদনশীল অপটিক্যাল সংকেত সনাক্তকরণ অর্জন করতে সক্ষম করে।
তারপর, দুর্বল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের কারণে সৃষ্ট তুষারপাতের প্রভাবের পেছনের প্রক্রিয়াটি স্পষ্ট করার জন্য, গবেষকরা প্রাথমিকভাবে WSe₂ এর সাথে বিভিন্ন ধাতুর অন্তর্নিহিত কাজের ফাংশনের সামঞ্জস্য মূল্যায়ন করেন। বিভিন্ন ধাতব ইলেকট্রোড সহ ধাতু-অর্ধপরিবাহী-ধাতু (MSM) ডিভাইসের একটি সিরিজ তৈরি করা হয়েছিল এবং তাদের উপর প্রাসঙ্গিক পরীক্ষা পরিচালিত হয়েছিল। এছাড়াও, তুষারপাত শুরু হওয়ার আগে বাহক বিচ্ছুরণ হ্রাস করে, প্রভাব আয়নীকরণের এলোমেলোতা হ্রাস করা যেতে পারে, যার ফলে শব্দ হ্রাস পায়। অতএব, প্রাসঙ্গিক পরীক্ষা পরিচালিত হয়েছিল। সময় প্রতিক্রিয়া বৈশিষ্ট্যের ক্ষেত্রে Pt/WSe₂/Ni APD এর শ্রেষ্ঠত্ব আরও প্রদর্শনের জন্য, গবেষকরা বিভিন্ন আলোক-বৈদ্যুতিক লাভ মানের অধীনে ডিভাইসের -3 dB ব্যান্ডউইথ আরও মূল্যায়ন করেছেন।
পরীক্ষামূলক ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, Pt/WSe₂/Ni ডিটেক্টর ঘরের তাপমাত্রায় অত্যন্ত কম শব্দ সমতুল্য শক্তি (NEP) প্রদর্শন করে, যা মাত্র 8.07 fW/√Hz। এর অর্থ হল ডিটেক্টর অত্যন্ত দুর্বল অপটিক্যাল সিগন্যাল সনাক্ত করতে পারে। এছাড়াও, এই ডিভাইসটি 5×10⁵ এর উচ্চ লাভ সহ 20 kHz এর মড্যুলেশন ফ্রিকোয়েন্সিতে স্থিরভাবে কাজ করতে পারে, যা ঐতিহ্যবাহী ফটোভোলটাইক ডিটেক্টরগুলির প্রযুক্তিগত বাধা সফলভাবে সমাধান করে যা উচ্চ লাভ এবং ব্যান্ডউইথের ভারসাম্য বজায় রাখা কঠিন। এই বৈশিষ্ট্যটি উচ্চ লাভ এবং কম শব্দের প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে উল্লেখযোগ্য সুবিধা প্রদান করবে বলে আশা করা হচ্ছে।
এই গবেষণাটি কর্মক্ষমতা বৃদ্ধিতে উপাদান প্রকৌশল এবং ইন্টারফেস অপ্টিমাইজেশনের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা প্রদর্শন করেফটোডিটেক্টর. ইলেকট্রোড এবং দ্বি-মাত্রিক উপকরণের উদ্ভাবনী নকশার মাধ্যমে, অন্ধকার বাহকগুলির একটি সুরক্ষা প্রভাব অর্জন করা হয়েছে, যা উল্লেখযোগ্যভাবে শব্দের হস্তক্ষেপ হ্রাস করে এবং সনাক্তকরণ দক্ষতা আরও উন্নত করে।
এই ডিটেক্টরের কর্মক্ষমতা কেবল আলোক-বিদ্যুৎ বৈশিষ্ট্যেই প্রতিফলিত হয় না, বরং এর বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনাও রয়েছে। ঘরের তাপমাত্রায় অন্ধকার প্রবাহকে কার্যকরভাবে ব্লক করা এবং আলোক-উত্পাদিত বাহকগুলির দক্ষ শোষণের সাথে, এই ডিটেক্টরটি পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ, জ্যোতির্বিদ্যা পর্যবেক্ষণ এবং অপটিক্যাল যোগাযোগের মতো ক্ষেত্রগুলিতে দুর্বল আলোক সংকেত সনাক্তকরণের জন্য বিশেষভাবে উপযুক্ত। এই গবেষণা অর্জন কেবল নিম্ন-মাত্রিক উপাদান ফটোডিটেক্টরগুলির বিকাশের জন্য নতুন ধারণা প্রদান করে না, বরং উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন এবং নিম্ন-শক্তির অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির ভবিষ্যতের গবেষণা এবং বিকাশের জন্য নতুন রেফারেন্সও প্রদান করে।
পোস্টের সময়: জুন-১৮-২০২৫