《高性能石墨烯基紅外光探測器基礎研究》是依託北京大學，由戴倫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高性能石墨烯基紅外光探測器基礎研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：戴倫
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
紅外光探測器是重要的半導體光電器件。石墨烯在製備室溫紅外光探測器方面有潛在套用前景。直接禁帶半導體納米線具有獨特的光電特性，在納米光電集成方面有重要套用前景。窄禁帶高遷移率半導體InSb和GaSb分別是製備近紅外和中紅外探測器重要的候選材料。迄今為止報導的石墨烯基紅外光探測器在光回響度和回響速度這兩方面不能做到平衡最佳化，整體性能還較低。本項目將在深入開展高質量半導體納米線和大面積高質量石墨烯可控生長、探索器件新結構、新工藝的基礎上，結合石墨烯和納米結構的優點，製備整體性能優越的室溫石墨烯基紅外光探測器。納米線光波導增強型石墨烯光探測器、石墨烯/納米線異質結光電二極體，及石墨烯納米網路光電電晶體。研究這些器件的光回響性能和物理機制，解決提高器件光回響度和速度的關鍵問題。探索這些器件在柔性、透明襯底上的套用。本研究在國防、民用、矽(碳)基光電集成、柔性、透明器件等方面有廣泛套用前景。
結題摘要
紅外光探測器是重要的半導體光電器件之一。石墨烯在製備室溫紅外光探測器方面有潛在套用前景。窄禁帶半導體InSb 和MoTe2是製備近紅外探測器重要的候選材料。迄今為止報導的石墨烯基紅外光探測器在光回響度和回響速度這兩方面不能做到平衡最佳化，整體性能還較低。本項目在深入開展高質量低維半導體製備和大面積石墨烯可控生長、探索器件新結構、新工藝的基礎上，結合石墨烯和納米結構的優點，製備出整體性能優越的室溫近紅外光探測器。本研究在國防、民用、矽(碳)基光電集成、柔性、透明器件等方面有廣泛套用前景。取得的成果包括：1.通過自催化的化學氣相沉積方法在矽基襯底上合成了高質量的InSb納米晶粒。該方法相比於之前所報導的方法更加簡單，成本更低，並且與現有的矽基微電子工藝相兼容。通過控制銦層的蒸發厚度與生長時間，納米晶粒的尺寸可以控制在54到182 nm之間。該方法合成的納米晶粒具有單晶特性並且保持了良好的化學配比。通過將納米晶粒與石墨烯相結合，我們成功實現了近紅外光探測。其中用到的大面積石墨烯是採用化學氣相沉積方法獲得的，這使得該器件更具有實用的可能性。在1550 nm的雷射照射下，具有小尺寸納米晶粒的光探測器顯示出更好的光回響特性，光回響度達到195 A W-1，該值高於報導時大部分基於石墨烯的1550 nm波長紅外光探測器。詳細討論了該器件具有高光回響度的物理機制(RSC Adv. 6, 25123 (2016))；2. 研製出基於石墨烯-MoTe2-石墨烯縱向范德瓦爾斯異質結的超靈敏近紅外光探測器。與報導時基於層狀半導體材料的光探測器相比，該石墨烯-碲化鉬-石墨烯光探測器具有優越的性能，包括高光回響度（在1064 nm雷射下為110 mA W-1，在473 nm雷射下為205 mA W-1），高外量子效率（在1064 nm雷射下為12.9%，在473 nm雷射下為53.8%），快速的回響和恢復過程（在1064 nm雷射下，上升時間和下降時間分別為24和46 微秒），且不需要外加源漏電源供給(ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 5392 (2017))。
