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基于掺杂硅量子点和石墨烯杂化构造的光电探测器获得系列停顿

编辑:admin日期:2017-10-09 美高梅游戏登录中心:

 克日,美高梅游戏中心和资料迷信与工程学院由杨德仁传授领衔的硅资料研讨团队的皮孝东传授研讨组与浙江大学信息与电子工程学院的徐杨传授研讨组以及中国迷信院上海技能物理研讨所的胡伟达研讨员研讨组协作在ACS Nano期刊上发布了题为“Plasmonic Silicon Quantum Dots Enabled High-Sensitivity Ultrabroadband Photodetection of Graphene-Based Hybrid Phototransistors”的论文,倪朕伊博士和马玲玲为配合第一著作人。

以后,物联网技能和军事科技的疾速开展正在无力推进高敏捷度、宽光谱尤其是能拓展至中红外波段的光电探测器的研讨。基于石墨烯和量子点的二维/零维杂化构造的光电探测器在这方面被寄予厚望。但是现在基于石墨烯和量子点(如PbS和PbSe量子点)的杂化构造的光电探测器只能在紫外到近红外波段任务,无法完成对中红外光的无效探测。中红外光的探测依然依赖于传统的窄禁带半导体资料如HgTe等。但是这类资料面对着波动性、毒性和资源稀缺的题目,在大范围的使用方面面对应战。
该论文报道了一种基于掺杂硅量子点和石墨烯杂化构造的晶体管型光电探测器,应用掺杂硅量子点在中红外光波段的局域外表等离激元共振效应(LSPR)和紫外到近红外光波段的电子跃迁光学吸取特性,完成了从紫外光(375nm)到中红外光(4μm)的超宽光谱探测。器件在紫外到近红外光波段的呼应度可达109 A/W,比探测率可达1013 Jones;在中红外光波段呼应度可达45 A/W,比探测率可达105 Jones,其功能在具有同范例构造的器件中处于国际先辈程度。这一效果展现了硅量子点在光电器件中的使用无望经过与二维资料如石墨烯构成杂化构造而获得打破,也为其他具有等离激元效应的量子点在光电器件中的使用提供了自创。
 
 
(a)硅量子点和石墨烯杂构造的晶体管型光电探测器表示图。 (b)器件的任务原理表示图。在中红外光(MIR)波段,掺杂硅量子点的LSPR效应可以在量子点和石墨烯之前发生加强的局域电场,该局域电场可以明显添加石墨烯在中红外光波段的光学吸取,构成光电呼应;在紫外到近红外光(UV-NIR)波段,硅量子点带边或带尾态上的电子吸取光子发生跃迁,构成电子�空穴对,此中电子被硅量子点的缺陷态所俘获,空穴在内建电场的作用下转移到石墨烯中,发生增大的光电流。
 
别的,研讨发明把掺杂硅量子点置于石墨烯和体硅之间可以构成具有级联合构的肖特基光电探测器,其高功能的光呼应在波长长至约2 μm的近红外波段也能察看到,器件的最大呼应度可达0.6 A/W,呼应日期为10-6 s,比探测率可达1011 Jones,在同范例器件中到达国际先辈程度。该研讨效果“Graphen/silicon-quantum-dot/silicon Schottky-PN cascade heterojuction for short-wavelength infrared photodetection”近来被电气和电子工程师协会(IEEE)的着名国际集会International Electron Devices Meeting (IEDM)2017所收录,杜思超博士、倪朕伊博士和刘雪梅为文章的配合第一著作人。


 
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