基于石墨烯的红外探测机理与器件结构研究进展

发布时间：2024-02-22 00:38

　　石墨烯具有超高载流子迁移率、零带隙、宽波段响应等性质,是具有潜力的红外光电探测材料。通过分析石墨烯基红外探测器的发展历程,综述了石墨烯红外光电响应的机理,对石墨烯基探测器的响应度、波段、速度等性能和器件结构进行了梳理,并围绕石墨烯基探测器在材料制备、工艺兼容性等方面的挑战进行了探讨和展望。

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【部分图文】：

图1(a)石墨烯/半导体异质结光伏模式结构图；(b)石墨烯/n型半导体异质结在光照下的能带图[7]

PV指光照使不同掺杂半导体界面或异质PN结处产生电势差的现象。早在1954年，美国贝尔实验室首次利用PV制成了单晶硅太阳能电池。2010年，基于PV的石墨烯基红外探测器出现，它利用不同掺杂石墨烯之间功函数的不同在界面处形成电荷转移，费米能级拉平后能带弯曲形成内建电场。在平衡状态，....

图3(a)PTE效应结构示意图；(b)有无光照时的I-V特性曲线[20];(c)光强影响载流子浓度分布，载流子扩散形成PTE电流；(d)PTE效应中p-n结中的内建电场分离载流子从n型向p型流动[31]

具体来说，光生热电子通过扩散产生电压VPTE=(S1-S2)ΔTe，其中S1、S2是两个不同掺杂的石墨烯区域中的热电功率(Seebeck系数)，ΔTe是两区域之间的电子温度差。VPTE可通过由光诱导的温度梯度所产生的局部电场与空间变化的Seebeck系数来计算：。热功率S与....

图2(a)石墨烯/半导体光电晶体管photogating模式结构和工作原理图；(b)不同Vg区域下光电流的方向发生变化[7]

光诱导局域场调控又称“Photogating”，由Drain于1989年首次提出，指利用光照产生载流子在材料电荷陷阱处积累产生电势，通过电势形成类栅压效果，调控晶体管沟道材料载流子浓度，进而间接调控电导率的光电转换机制[10]。2012年该机理应用在石墨烯基探测器上：用石墨烯复合....

图4(a)惠斯通电桥结构图[32];(b)测辐射热计的原理示意图[30]

1881年美国科学家S.P发明测辐射热计，其通常由惠斯通电桥构成，如图4(a)所示，基本原理是在被电磁波辐照时，热敏材料温度变化引起电阻发生变化，测量这种电阻变化即可得出辐射电磁波功率[32-33]，机理如图4(b)所示。测辐射热计主要由半导体[34]或超导体材料[35]制成，并....

本文编号：3906130