Studie skisserar ett ramverk för utläsning av fotodetektorer av 2D-material

Ett forskarlag, de flesta vid Sichuan University i Chengdu i Kina, har publicerat ett ramverk som ska hjälpa fotodetektorer byggda av tvådimensionella (2D) material att gå från laboratoriestudier av enskilda komponenter till användning i större system. Den öppet tillgängliga artikeln publicerades i Nature Communications. Tidskriften anger att det är en tidig version av referentgranskad, accepterad forskning som fortfarande kan redigeras innan den ersätts av den slutliga Version of Record.

Fotodetektorer är ljuskänsliga komponenter som ger en elektrisk ström, så kallad fotoström, när ljus träffar dem. Enligt författarna har forskningen om detektorer av 2D-material mest syftat till att göra dem känsligare, medan ett annat problem håller dem tillbaka: fällstyrd persistent fotokonduktivitet (PPC). Enkelt uttryckt påverkar defekter i materialet hur strömmen beter sig, så att utsignalen beror på detektorns senaste historik. Författarna beskriver drift, hysteres och utmattning som byggs upp över tid. Enligt dem leder detta till ett glapp mellan vad komponenten levererar och vad det anslutna systemet förväntar sig, vilket bromsar steget från komponent till fungerande system.

I stället för att bara hantera dessa effekter som brister omtolkar teamet dem som information om komponentens tillstånd, som kan definieras, korrigeras och föras vidare till elektroniken. Ramverket kallas tvärskiktsbaserat (cross-layer) eftersom det täcker flera nivåer samtidigt: analys av defektmekanismerna i materialet, definition av signaler som förändras över tid (icke-stationära signaler), kompensering för dynamisk distorsion och konstruktion av det utläsningsgränssnitt som kopplar detektorn till resten av systemet. Forskarna tillämpade det på detektorer av tre 2D-material: MoS2, WSe2 och PtSe2.

Enligt abstraktet gjorde en omstrukturering av gränssnittet och en stabilisering av utläsningen det möjligt för teamet att avbilda fotoströmmar på nW-nivå, som varierar med komponentens tillstånd, på ett utläsningsgränssnitt för blandade signaler (mixed-signal), alltså de kretsar som omvandlar detektorns små strömmar till systemets utsignal. Gruppen utvidgade sedan metoden till matriser av detektorer som delar en gemensam utgång och till fusion av signaler från flera sensorer. Ett frekvensstyrt sätt att representera data utvärderades i en uppgift inom maskinseende; abstraktet anger inga prestandasiffror för det testet.

Författarna drar slutsatsen att den PPC-drivna responsen, som beror på vad komponenten tidigare har utsatts för, bör läsas som ”en tillståndskodad signal” som förbinder defektbeteende, utläsning och systemuppgifter, och inte enbart som en brist hos den enskilda komponenten. De beskriver arbetet som en ingenjörsmässig väg från studier på komponentnivå till tillämpningar på systemnivå; abstraktet tar inte upp produkter eller tidsplaner. Finansieringen kom från National Natural Science Foundation of China, National Key Research and Development Program of China och Sichuan Science and Technology Foundation, och författarna uppger att de inte har några konkurrerande intressen.