基于碳管/石墨烯/GaAs双异质结自驱动的近红外光电探测器

发布时间：2021-01-15 00:08

　　基于单壁碳纳米管（SWCNT）/单层石墨烯/GaAs双异质结结构构筑了自驱动近红外光电探测器,利用GaAs优异的光电特性和石墨烯的高载流子迁移率特点,该光电探测器在无偏压情况下光电响应率可达393.8mA/W,比探测率达到6.48×10¹¹ Jones,开关比为10³。而且,利用半导体性SWCNT对近红外光子的高吸收特性以及SWCNT/石墨烯异质结对SWCNT产生光生载流子进行有效分离,使得该双异质结光电器件的光谱响应可拓展至1 064nm,突破了GaAs自身的响应极限860nm。 

【文章来源】：半导体光电. 2020,41(02)北大核心

【文章页数】：6 页

【图文】：

器件结构示意图

图1 器件结构示意图该异质结器件的电学性能如图3所示。从图中可以看出，当激光波长在405～780nm时，在零偏压下的光响应主要由石墨烯/GaAs异质结产生，其光电流密度为2～7mA/cm2，可见器件的光电响应比较明显。从图3(b）可以看出，器件在激光波长为860～1 064nm的范围内在零偏压下的光电响应主要由碳纳米管/石墨烯异质结产生，其光电流密度为20～70μA/cm2，相比于405～780nm波段的光电响应较弱。从图中还可以得到该异质结器件的暗电流密度为10.3μA/cm2，最大开关比约为7×103。J-V曲线在负方向上表现出电阻的特性，其原因在于在较大功率的光照射下，旁路电阻的影响比较明显，但J-V曲线的不对称性以及在0V处的下移也说明了该器件存在异质结并且发生了光伏效应。

该异质结器件的电学性能如图3所示。从图中可以看出，当激光波长在405～780nm时，在零偏压下的光响应主要由石墨烯/GaAs异质结产生，其光电流密度为2～7mA/cm2，可见器件的光电响应比较明显。从图3(b）可以看出，器件在激光波长为860～1 064nm的范围内在零偏压下的光电响应主要由碳纳米管/石墨烯异质结产生，其光电流密度为20～70μA/cm2，相比于405～780nm波段的光电响应较弱。从图中还可以得到该异质结器件的暗电流密度为10.3μA/cm2，最大开关比约为7×103。J-V曲线在负方向上表现出电阻的特性，其原因在于在较大功率的光照射下，旁路电阻的影响比较明显，但J-V曲线的不对称性以及在0V处的下移也说明了该器件存在异质结并且发生了光伏效应。图4是器件在无偏压下，不同波长光照射下的I-t响应曲线，由于器件在波长860nm以后产生的光电流比较小，故对各个波长下的响应采用了归一化的方法。从图中可以明显看出，该异质结器件在不加任何偏压的情况下，在405～1 064nm的激光照射下都有明显的光响应，说明器件的光谱响应达到了1 064nm，突破了GaAs的吸收极限（860nm），证明了SWCNT吸收了近红外波长的光，光伏效应主要发生在SWCNT/石墨烯处。从图中还可以看出，该器件在经历多个开关的状态所产生的光电流基本都在一个量级上，具有比较好的稳定性。


本文编号：2977819