在室溫下從深紫外到近紅外區(qū)域工作的超快和高靈敏度光電探測(cè)器對(duì)于分析化學(xué)、光學(xué)定位、生物醫(yī)學(xué)成像和遙感等許多應(yīng)用都是必不可少的。對(duì)于高性能光電探測(cè)器，基于光門(mén)控機(jī)制的混合膠體量子點(diǎn)/石墨烯光電探測(cè)器已得到深入研究。在10
5到10
9 A/W的范圍內(nèi)獲得了超高靈敏度，但這些配置的主要挑戰(zhàn)是毫秒到秒時(shí)間尺度上的緩慢操作速度。操縱半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)和石墨烯界面處的載流子轉(zhuǎn)移是優(yōu)化界面光門(mén)控效應(yīng)的關(guān)鍵。在這里，我們通過(guò)電子束蒸發(fā)直接在石墨烯上生長(zhǎng)吸收層，以獲得探測(cè)器的快速光響應(yīng)時(shí)間。因此，可以彌合高響應(yīng)性和快速響應(yīng)時(shí)間之間的差距。光電探測(cè)器在飛瓦量級(jí)的低入射強(qiáng)度下具有 ~2.5 × 10
6 A/W的高光響應(yīng)性、~8.5 × 10
11Jones 的比探測(cè)率、~20ns的快速響應(yīng)過(guò)程以及在100 mV的漏源偏壓下為850 ns（響應(yīng)時(shí)間 <1us）。該研究為獲得基于石墨烯的具有高響應(yīng)度和快速響應(yīng)時(shí)間的高性能光電探測(cè)器提供了一種方法。
圖 1. (a)用于光電檢測(cè)的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件示意圖，顯示了源漏、背柵接觸以及石墨烯和 n 型硅層。 (b)混合Si/Gr光電探測(cè)器的電流-電壓特性，有和無(wú)照明（λ= 940 nm），室溫下VDS = 100 mV。插圖說(shuō)明了混合 Si/Gr 結(jié)構(gòu)的能帶示意圖。橙色圓圈表示空穴，藍(lán)點(diǎn)表示電子。
圖 2. (a) 在940 nm光源的不同照明功率下，作為背柵電壓函數(shù)的光電流。插圖顯示了 10.5 fW照明功率下的光電流。 (b)在V
BG = 6 V時(shí)，光電流作為照明功率的函數(shù)。插圖將光電探測(cè)器的光響應(yīng)性表示為照明功率的函數(shù)。
圖3。940nm激光脈沖激勵(lì)下混合硅/鍺光電探測(cè)器的時(shí)間響應(yīng)。
圖4。在深紫外到近紅外區(qū)域，混合硅/鍺光電探測(cè)器的光響應(yīng)是光子波長(zhǎng)的函數(shù)。
圖5。混合硅/鍺光電探測(cè)器的噪聲等效功率(NEP)和比探測(cè)率(D*)與光子波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系。插圖顯示了在V
DS= 100mv時(shí)硅/鍺光電探測(cè)器1/f噪聲的功率譜密度。
相關(guān)科研成果由弗吉尼亞理工大學(xué)Yifei Wang和Vinh X.Ho等人于2021發(fā)表在Applied Nano Materials（https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01931）上。原文：Interfacial Photogating Effect for Hybrid Graphene-Based Photodetectors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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