अल्ट्राफास्ट फोटोरेस्पांस में सक्षम हुए आईआईटी रुड़की के शोधकर्ता
आईआईटी रुड़की के शोधकर्ता एसआईएस हेटेरोजंक्शन-आधारित एनआईआर फोटोडेटेक्टर्स में अल्ट्राफास्ट फोटोरेस्पॉन्स रिकॉर्ड करने में सक्षम
रुड़की, 06, 03, 2023: भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान रुड़की (आईआईटी रुड़की) के शोधकर्ताओं की एक टीम, प्रोफेसर दविंदर कौर, भौतिकी विभाग, आईआईटी रुड़की
के नेतृत्व में, राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला, भारत के साथ, डायरेक्ट करंट (डीसी) मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग तकनीक द्वारा अल्ट्राफास्ट फोटो प्रतिक्रिया के लिए दो सेमीकंडक्टर-इन्सुलेटर-सेमीकंडक्टर (एसआईएस) हेटेरोजंक्शन आधारित नियर-इन्फ्रारेड (एनआईआर) फोटोडिटेक्टर बनाने में सक्षम हुए हैं। डीसी मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रक्रिया में एक निर्वात कक्ष शामिल होता है जिसमें लक्ष्य सब्सट्रेट के समानांतर लक्ष्य सामग्री होती है। निर्वात कक्ष में आर्गन जैसी उच्च शुद्धता वाली अक्रिय गैस होती है जो स्पंदित डीसी धारा के संपर्क में आने पर आवेशित हो जाती है।
परिणाम प्रदर्शित करते हैं कि एक उत्कृष्ट वाहक परिवहन तंत्र के साथ एसआईएस विषमताएं अगली पीढ़ी के अल्ट्राफास्ट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में संभावित उम्मीदवार हैं। SIS n-MoS2/p-Si और n-MoS2/AlN/p-Si हेटेरोजंक्शन दोनों के लिए प्रतिक्रिया समय दृश्य विकिरणों (532 एनएम) के लिए 0.3378 AW-1 और 1.865 AW-1, और एनआईआर विकिरणों (1064 एनएम) के लिए 0.1245 AW-1 और 1.4743 AW-1 पाया जाता है । गढ़े हुए हेटेरोजंक्शन का प्रतिक्रिया समय (वृद्धि समय और क्षय समय) 47.30 μs और 56.58 μs से घटकर 3.32 μs और 4.73 μs हो गया, जिसमें अल्ट्राथिन इंसुलेटिंग AIN लेयर (प्लाज्मा एन्हांस्ड लेयर) का सम्मिलन था। यह प्रयास एसआईएस हेट्रोस्ट्रक्चर-आधारित अल्ट्राफास्ट-फोटोवोल्टिक उपकरणों के नए युग से पहले का एक कदम है, जिसमें अग्रणी कैरियर-टनलिंग तंत्र है।
कई फोटो डेटेक्टर्स को एक महत्वपूर्ण फोटोvरिस्पॉन्स के साथ विकसित किया गया है और अकार्बनिक और कार्बनिक पेरोव्स्काइट सामग्री जैसे सिलिकॉन (Si), गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), जिंक ऑक्साइड (ZnO) का उपयोग किया गया है। इनमें से अधिकांश फोटोडेटेक्टर्स में कुछ सीमाएँ होती हैं, जैसे कि अपेक्षाकृत धीमी या कम पता लगाने की सीमा या जटिल और हानिकारक तकनीकों को निर्माण के लिए नियोजित किया गया है। पिछले दशकों में, दो-आयामी (2 डी) सामग्री-आधारित फोटोडेटेक्टर्स उनकी कम लागत, लघु आकार, उच्च संवेदनशीलता और डिटेक्शन हेतु बड़े उपलब्ध सतह क्षेत्र के लिए मांग में रहे हैं।
हाल के दिनों में, शोधकर्ताओं को अल्ट्राफास्ट प्रतिक्रिया, हल्केपन और लागत-प्रभावशीलता के कारण 2 डी सामग्री और एसआई/जीएएएस-आधारित हेटेरोजंक्शन उपकरणों में रुचि हुई है। इस तरह के हेटेरोजंक्शन-आधारित उपकरणों में, 2 डी अर्धचालक सामग्री फास्ट वाहक परिवहन के साथ डिवाइस मिनिएचर में मदद करती है और साधारण अर्धचालक घटना प्रकाश के अधिकतम भाग को अवशोषित कर सकते हैं।
हालांकि, MOS2/SI और MOS2/GAAS हाइब्रिड-हेटेरोजंक्शन-आधारित फोटोनिक डिवाइस गढ़े गए थे, लेकिन 2D MOS2 पतली फिल्मों के अर्धचालक-इन्सुलेटर-सेमिकॉन्डक्टर (SIS) हेटेरोजंक्शन का पता नहीं लगाया गया था।
शोध पत्र को “सोलर एनर्जी मैटेरियल्स एंड सोलर सेल्स” नाम दिया गया है और इसे साइंस डायरेक्ट में प्रकाशित किया गया है। आप पेपर पढ़ने के लिए लिंक पर जा सकते हैं (www.elsevier.com/locate/solmat).
भौतिकी विभाग, आईआईटी रुड़की के कृष्ण कुमार ने प्रकाश डाला, “फोटो डेटेक्शन मापदंडों जैसे कि फोटोक्यूरेंट, जवाबदेही और प्रतिक्रिया समय ने इन्सुलेटिंग एआईएन परत के सम्मिलन के साथ सुधार किया है। ये परिणाम प्रदर्शित करते हैं कि हेटेरोस्ट्रक्चर अल्ट्राफास्ट फोटोडेटेक्शन एप्लिकेशन के लिए उत्कृष्ट अवसर प्रदान करता है।”
प्रोफेसर के. के. पंत, निदेशक आईआईटी रुड़की ने कहा, ” नियर-इंफ्रारेड फोटोडेटेक्टर्स कई विषयों, जैसे खगोल विज्ञान, दूरसंचार और चिकित्सा विज्ञान में एक व्यापक और मौलिक तकनीक हैं । यह अध्ययन पहनने योग्य, सस्ते और लचीले उपकरणों के लिए नई मांगों को संतुष्ट करने हेतु कार्यात्मक और विश्वसनीय सिद्ध होता है।“
एसआईएस हेटेरोजंक्शन में अल्ट्राफास्ट फोटोरस्पॉन्स के महत्व पर टिप्पणी करते हुए प्रोफेसर दविंदर कौर, भौतिकी विभाग, आईआईटी रुड़की ने कहा, “अध्ययन ऑप्टिकल संचार, इमेजिंग, सैन्य संचालन, मेट्रोलॉजी और पारिस्थितिक घटनाओं की निगरानी में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए प्रभावी, अत्यधिक संवेदनशील और अल्ट्राफास्ट फोटोडेटेक्टर्स के लिए मार्ग प्रशस्त करेगा। इसके अलावा, एसआईएस हेटरोस्ट्रक्चर-आधारित फोटोडेटेक्टर्स में रेखांकित वर्तमान चालन तंत्र अधिक रोमांचक हो सकता है और उन्हें फ्यूचरिस्टिक फोटोडेटेक्टर्स अनुप्रयोगों के लिए मजबूत बना सकता है। ”
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