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器對于分析化學、光學定位、生物醫(yī)學成像和遙感等許多應用都是必不可少的。對于高性能光電探測器，基于光門控機制的混合膠體量子點/石墨烯光電探測器已得到深入研究。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)是毫秒到秒時間尺度上的緩慢操作速度。操縱半導體納米結(jié)構(gòu)和石墨烯界面處的載流子轉(zhuǎn)移是優(yōu)化界面光門控效應的關(guān)鍵。在這里，我們通過電子束蒸發(fā)直接在石墨烯上生長吸收層，以獲得探測器的快速光響應時間。因此，可以彌合高響應性和快速響應時間之間的差距。光電探測器在飛瓦量級的低入射強度下具有 ~2.5 × 10
6 A/W的高光響應性、~8.5 × 10
11Jones 的比探測率、~20ns的快速響應過程以及在100 mV的漏源偏壓下為850 ns（響應時間 <1us）。該研究為獲得基于石墨烯的具有高響應度和快速響應時間的高性能光電探測器提供了一種方法。
圖 1. (a)用于光電檢測的石墨烯場效應晶體管器件示意圖，顯示了源漏、背柵接觸以及石墨烯和 n 型硅層。 (b)混合Si/Gr光電探測器的電流-電壓特性，有和無照明（λ= 940 nm），室溫下VDS = 100 mV。插圖說明了混合 Si/Gr 結(jié)構(gòu)的能帶示意圖。橙色圓圈表示空穴，藍點表示電子。
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，光電流作為照明功率的函數(shù)。插圖將光電探測器的光響應性表示為照明功率的函數(shù)。
圖3。940nm激光脈沖激勵下混合硅/鍺光電探測器的時間響應。
圖4。在深紫外到近紅外區(qū)域，混合硅/鍺光電探測器的光響應是光子波長的函數(shù)。
圖5。混合硅/鍺光電探測器的噪聲等效功率(NEP)和比探測率(D*)與光子波長的函數(shù)關(guān)系。插圖顯示了在V
DS= 100mv時硅/鍺光電探測器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
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