Исследование описывает фреймворк считывания для фотодетекторов из 2D-материалов

Группа исследователей, большинство из которых работают в Sichuan University в Чэнду (Китай), опубликовала фреймворк, который должен помочь фотодетекторам на основе двумерных (2D) материалов перейти от лабораторных исследований отдельных устройств к применению в более крупных системах. Статья в открытом доступе вышла в Nature Communications. Журнал помечает её как ранний выпуск рецензированного и принятого к публикации исследования, который ещё может быть отредактирован, прежде чем его заменит окончательная версия (Version of Record).

Фотодетекторы — это светочувствительные устройства, которые вырабатывают электрический ток, называемый фототоком, когда на них попадает свет. По словам авторов, исследования детекторов на основе 2D-материалов в основном были направлены на повышение их чувствительности, тогда как их сдерживает другая проблема: обусловленная ловушками остаточная фотопроводимость (PPC). Проще говоря, дефекты материала определяют поведение тока, поэтому выходной сигнал зависит от недавней предыстории детектора. Авторы описывают дрейф, гистерезис и усталость, накапливающуюся со временем. По их мнению, из-за этого возникает несоответствие между тем, что выдаёт устройство, и тем, чего ожидает подключённая система, что замедляет переход от устройства к работающей системе.

Вместо того чтобы рассматривать эти эффекты лишь как недостатки, команда переосмысливает их как информацию о состоянии устройства, которую можно определить, скорректировать и передать электронике. Фреймворк называется межуровневым, поскольку охватывает сразу несколько уровней: анализ механизмов дефектов в материале, определение сигналов, меняющихся во времени (нестационарных сигналов), компенсацию динамических искажений и разработку интерфейса считывания, связывающего детектор с остальной системой. Исследователи применили его к детекторам из трёх 2D-материалов: MoS2, WSe2 и PtSe2.

Согласно аннотации, перестройка интерфейса и стабилизация считывания позволили команде отобразить фототоки уровня nW, которые меняются в зависимости от состояния устройства, на интерфейс считывания смешанных сигналов — схему, преобразующую слабые токи детектора в выходной сигнал системы. Затем группа распространила метод на массивы детекторов с одним общим выходом и на объединение сигналов нескольких датчиков. Частотно-ориентированный способ представления данных был оценён в задаче машинного зрения; аннотация не приводит показателей эффективности для этого теста.

Авторы делают вывод, что отклик, вызываемый PPC и зависящий от того, что устройство испытывало ранее, следует рассматривать как «сигнал, кодирующий состояние», связывающий поведение дефектов, считывание и системные задачи, а не просто как недостаток отдельного устройства. Они описывают работу как инженерный путь от исследований на уровне устройств к применениям на уровне систем; аннотация не касается продуктов или сроков. Работа финансировалась National Natural Science Foundation of China, National Key Research and Development Program of China и Sichuan Science and Technology Foundation; авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.