Ultrasensitive and Fast Gas Detection Based on Room‐Temperature Indium Arsenide Mid‐Wavelength Infrared Photodetectors

材料科学 光电探测器 光电子学 红外线的 砷化铟 砷化镓 波长 砷化物 光学 物理
作者
Yi Dong,Shikun Duan,Siyu Long,Yu Jiang,Xinyu Ma,Yueyue Fang,Jinjin Liu,Hao Wu,Tangxin Li,Xiaoyong Jiang,Shouheng Chen,Shuhong Hu,Xiao Fu,Xiaolong Chen,Fansheng Chen,Jinshui Miao,Weida Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (23) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/adfm.202422398
摘要

Abstract Combustible hydrocarbon gases, typified by methane, are invisible, odorless, and imperceptible, yet they pose significant hazards to human safety and the environment. Therefore, monitoring these gases is crucial in managing and mitigating potential hazards. Here, a gas sensing system is proposed based on the non‐dispersive infrared absorption spectroscopy (NDIR) technique. Its core component is a home‐built indium arsenide (InAs) semiconductor mid‐wavelength infrared photodetector. By material growth and device structure optimization (a peculiar potential barrier layer is designed to form a heterojunction and suppress diffusion carriers), the InAs‐based photodetectors show a low‐noise performance of 1.62 × 10 −12 A·Hz −1/2 and a record high room‐temperature detectivity of 2.1 × 10 10 cm·Hz 1/2 ·W −1 with superior response speed of <40 ns. The sensing system, therefore, gains an ultra‐sensitive (<1 ppm) and fast (≈350 ms) gas detection capability of methane compared to current NDIR equipment. The method used in this study paves an avenue for designing ultrasensitive NDIR systems based on photovoltaic devices and provides a new paradigm for highly integrated gas sensing hardware.
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