Pavienių fotonų detektavimo kambario temperatūroje link: grafeno fototranzistorius su šviesos sklendės ir elektronų dauginimo efektais (PhotoGEM)

 

Projekto nr.: S-ITP-25-16

Projekto aprašymas:

Dabartiniai pavienių fotonų ir fotonus skaičiuojantys fotodetektoriai turi trūkumų: superlaidininkiniams detektoriams (SD) reikia kriogeninio aušinimo, o griūtiniai fotodiodai (APD) pasižymi mažesniu efektyvumu, lyginant su SD, taip pat daug didesne darbine įtampa bei griūtiniu triukšmu. Šiame projekte siūlomi grafeniniai fotodetektoriai, kuriuose, siekiant didelio fotosignalo stiprinimo, greito atsako bei žemesnio triukšmo lygio lyginant su APD, apjungti tarpinio kontakto šviesos sklendės reiškiniai ir elektronų dauginimas.
Grafeno lauko fototranzistoriai (foto-FET) išsiskiria itin greitu atsaku, didele krūvininku pernaša ir veikimu kambario temperatūroje, todėl jie yra puiki alternatyva įprastiniams detektoriams. Dabartiniai grafeno/heksagoninio boro nitrido (h-BN) fotodetektoriai gaminami eksfoliacijos arba cheminio nusodinimo iš garų fazės (CVD) būdu su perkėlimu, todėl atsiranda defektų ir adsorbatų. Siekdami išspręsti šią problemą, taikysime tiesioginį grafeno ir h-BN sluoksnių auginimą naudojant plazma aktyvuoto CVD būdą (PECVD), užtikrinantį didelio paviršiaus ploto, su CMOS suderinamą gamybos procesą.
Šiame tyrime daugiausia dėmesio bus skiriama grafeno/h-BN foto-FET gamybai ir tyrimams, siekiant pagerinti silpno apšvitos signalo detektavimą kambario temperatūroje. Projekto metu bus nagrinėjama galimybė, apjungiant šviesos sklendės efektą su elektronų dauginimu, pasiekti jautrumą pakankamą pavienių fotonų detektavimui bei fotonų skaičiavimui.
Projekto uždaviniai: 1) Sukurti, pagaminti ir ištirti grafeno/h-BN foto-FET, taikant tiesioginę PECVD sintezę; 2) ištirti h-BN antsluoksnio įtaką fotodetektoriaus jautrumui, efektyvumui ir krūvininkų pernašai; 3) sukurti, pagaminti ir ištirti grafeno pagrindu veikiančios elektronų dauginimo pakopos įtaką stiprinimo koeficiento didinimui; 4) integruoti naujai sukurtą elektronų dauginimo pakopą į optimizuotą grafeno foto-FET ir įvertinti jo fotoatsaką, stiprinimą ir detektavimo efektyvumą.

Projekto finansavimas:

Lietuvos mokslo taryba, paskirtinė programa „Informacinės technologijos mokslo ir žinių visuomenės plėtrai“

Projekto rezultatai:

Projektas ką tik prasidėjo.

Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2025-10-01 - 2027-08-31

Projekto koordinatorius: Kauno technologijos universitetas