《全碳自支撐薄膜及其相關寬譜快速光探測器》是依託南京大學，由劉遠達擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：全碳自支撐薄膜及其相關寬譜快速光探測器
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉遠達
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳納米管和石墨烯分別是碳材料的1D和2D同素異形體，由於其優異的物理化學性質，在多領域引發了持續廣泛關注。但CVD法製備的大面積石墨烯由於存在晶界和缺陷，仍不能充分發揮其高遷移率、高力學強度等優良特性，已見報導多基於小面積手撕石墨烯，直接限制了石墨烯基器件向實用化拓展。而碳納米管則存在管與管之間的導電性差，與金屬電極浸潤性不好等問題，極大影響了碳納米管器件的電輸出。.本項目著眼於上述難點也是重點問題，從國民經濟發展對高回響度、寬譜感光、快速、高環境承受性光探測器的需求出發，提出發展1D碳納米管和2D石墨烯以pi-pi和共價鍵接形成的1-10 nm厚薄膜材料，利用其自支撐、高遷移率、寬譜光吸收和可大面積製備等特性，在已有成果的基礎上，實現製備器件質量的全碳自支撐寬譜快速光探測器。
結題摘要
碳納米管和石墨烯分別是碳材料的1D和2D同素異形體，由於其優異的物理化學性質，在多領域引發了持續廣泛關注。石墨烯是碳原子以sp2 雜化軌道組成苯環晶格的單層碳原子層厚二維薄膜，是二維蜂窩狀零帶隙半導體。由於其單原子層結構而展示出一系列獨特的光學和電學性質，石墨烯成為了光電領域的熱點研發材料。然而，基於石墨烯的光探測器件的光回響度仍受限於單層碳原子的低吸光度和光生電子-空穴的超快複合這兩個主要因素而沒有再提高。單壁碳納米管可以看做石墨烯納米帶捲起來形成的密封管。半導體性碳納米管是直接帶隙半導體材料，為研究一維電學和光電特性提供了理想的平台。 在本項目支持下，我們製備了碳納米管/石墨烯準二維混合薄膜，測試了材料的物理特性，研究了界面的載流子遷移，表征了採用此混合薄膜作為溝道的光探測電晶體的性能。我們在碳納米管/石墨烯混合薄膜中實現了高達~1E5的增益，得益於高效的光生載流子的產生和輸運。製備的光電電晶體具有寬譜的光回響(400 -1550 nm)，觀察到了大於100 AW-1的光回響度，有望用於製備大面積的全碳光電器件。 界面載流子輸運是個基礎性的重要物理過程，直接影響著器件的設計和器件的性能，但碳納米管/石墨烯界面的載流子輸運機制仍有待研究。我們將Raman譜圖和光電流測試結果相結合，清晰地揭示了碳納米管/石墨烯界面靜態和動態載流子輸運過程。更重要的是，我們比較了碳納米管的導電類型也就是金屬性和半導體性對上述過程的影響。我們發現，石墨烯納米帶被(6,5)手性的半導體性碳納米管p-型摻雜，被99%的金屬性碳納米管n-型摻雜。我們的結果為未來的全碳器件和全碳材料設計提供了重要的基礎性支撐。
