石墨烯納米網的可控制備及其紅外探測性能研究

《石墨烯納米網的可控制備及其紅外探測性能研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由歐陽浩淼擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯納米網的可控制備及其紅外探測性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：歐陽浩淼
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

針對目前無機半導體型紅外探測器存在的電子遷移率低、工作溫度低、製備工藝複雜等問題，本項目探索在二氧化矽/矽基體上製備石墨烯納米網紅外探測器。以超薄TiO2孔陣列薄膜為掩膜，實現二氧化矽/矽基體上大面積石墨烯納米網的製備。可控調節石墨烯納米網的結構參數以調控其帶隙，進而實現石墨烯基紅外探測器件的性能最佳化和按需設計。研究所獲得的石墨烯納米網對光電回響性能的影響，揭示石墨烯納米網的結構參數與紅外光電回響性能之間的關係；確定實現高性能紅外探測所需的結構參數。本項目的開展，不僅具有重要的學術意義，而且將為高性能紅外探測器提供新的材料和方法。

結題摘要

探索和發展基於新型材料的高性能紅外探測器一直是紅外探測技術和材料科學領域研究的前沿和熱點。石墨烯是零帶隙材料，要將其用於紅外探測，需要使其帶隙打開。將石墨烯製備成納米帶或納米網等結構是打開帶隙的一種有效手段。本項目的主要研究內容是：1. 在二氧化矽/矽基底上製備單層石墨烯納米網，並對其結構參數進行調控和最佳化；2.基於石墨烯納米網構建紅外光電探測器件，研究石墨烯納米網的結構參數、紅外溫度、工作電壓及不同紅外光波長對紅外光電回響性能的影響。在項目研究的時間段內，我們緊緊圍繞申請書所列的研究內容開展工作。我們以二氧化鈦納米孔膜以及ZnS多孔膜為掩膜，用氧電漿刻蝕法製備出了孔徑均一、有序的石墨烯納米網，並實現了石墨烯納米網頻寬的調控。將石墨烯納米網製備成紅外輻射探測器原理型器件，研究表明石墨烯納米網紅外輻射探測器原理型器件在77.3K-300K的溫度範圍內，對紅外輻射都有回響。研究了石墨烯納米網紅外輻射探測器原理型器件對不同波長單色光的回響，結果表明該紅外輻射探測器對波長分別為1470nm、1550nm、2000nm、3000nm和5000nm的單色光都有回響。在溫度為150K，入射光波長為2000nm時，光回響率和外部量子效應隨著偏壓的增大而增大。在偏壓為10V時，光回響率和外部量子效率分別為4.71A/W和292.58%。探測率(D*)隨著偏壓的變化而變化，在偏壓為7V時，探測率達到最大，為5.59×1011cmHz1/2/W。該紅外探測器對波長大於850nm的寬波段紅外光均有回響，光電流隨著偏壓或光功率的增大而增大。該項研究工作有望將基於石墨烯納米網的紅外輻射探測器向實際套用推進。