香港中文大學許建斌研究組ACS Nano: 高響應超靈敏的石墨烯基短波紅外探測器

2021-02-08 石墨烯聯盟


圖1 石墨烯短波紅外探測器的製備工藝流程與表徵



(a)石墨烯短波紅外探測器的製備工藝流程

(b)-(d)石墨烯短波紅外探測器的表徵，金納米顆粒負載在器件表面

(e)石墨烯短波紅外探測器的基本工作原理


圖2 金顆粒在石墨烯短波紅外探測器的表面等離增強作用



(a) 金納米顆粒的形貌

(b)器件在紅外波段處的吸收光譜

(c)-(e) 器件在紅外波段處吸收光譜與金顆粒表面等離增強作用的模擬與計算結果


圖3 石墨烯短波紅外探測器的光電響應（1.55微米波長照射）



(a)-(b)不同功率與偏壓下的光電流（1.55微米波長照射）

(c)加入金顆粒前後的石墨烯短波紅外探測器的光電流與光電響應

(d)不同金納米顆粒陣列的石墨烯短波紅外探測器在紅外波段處的光電流


圖4  石墨烯與石墨烯-矽異質結構在紅外波段下的光響應對比



(a)石墨烯與石墨烯-矽異質結構在紅外波段下的光響應原理圖

(b)石墨烯與石墨烯-矽異質結構在紅外波段下的光響應實驗數據


圖5 石墨烯短波紅外探測器的光電響應速度



(a)-(b)石墨烯短波紅外探測器的光電響應速度（600ns）

(c)石墨烯短波紅外探測器超快響應的原理分析

(d)本文結果與其他類似工作結果的對比數據


　　本文實現了基於石墨烯的短波紅外探測器（Short-Wave Infrared Photodetectors）在1.55微米波段光源的工作條件下，具有83 A/W的高響應率，以及600 ns的超快響應速度。這一研究結果，可以實現具有優異性能的石墨烯光電探測器，同時該器件設計思路也有望在其他二維材料光電器件應用中得到廣泛應用。


文獻連結：Synergistic Effects of Plasmonics and Electron Trapping in Graphene Short-Wave Infrared Photodetectors with Ultrahigh Responsivity （ACS Nano, 2017, 11 (1), pp 430–437, DOI: 10.1021/acsnano.6b06172)


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