基于單壁碳納米管（SWCNT）/單層石墨烯/GaAs雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑了自驅(qū)動近紅外光電探測器,利用GaAs優(yōu)異的光電特性和石墨烯的高載流子遷移率特點,該光電探測器在無偏壓情況下光電響應(yīng)率可達(dá)393.8mA/W,比探測率達(dá)到6.48×10¹¹ Jones,開關(guān)比為10³。而且,利用半導(dǎo)體性SWCNT對近紅外光子的高吸收特性以及SWCNT/石墨烯異質(zhì)結(jié)對SWCNT產(chǎn)生光生載流子進行有效分離,使得該雙異質(zhì)結(jié)光電器件的光譜響應(yīng)可拓展至1 064nm,突破了GaAs自身的響應(yīng)極限860nm。 

【文章來源】：半導(dǎo)體光電. 2020,41(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【圖文】：

器件結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 器件結(jié)構(gòu)示意圖該異質(zhì)結(jié)器件的電學(xué)性能如圖3所示。從圖中可以看出，當(dāng)激光波長在405～780nm時，在零偏壓下的光響應(yīng)主要由石墨烯/GaAs異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生，其光電流密度為2～7mA/cm2，可見器件的光電響應(yīng)比較明顯。從圖3(b）可以看出，器件在激光波長為860～1 064nm的范圍內(nèi)在零偏壓下的光電響應(yīng)主要由碳納米管/石墨烯異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生，其光電流密度為20～70μA/cm2，相比于405～780nm波段的光電響應(yīng)較弱。從圖中還可以得到該異質(zhì)結(jié)器件的暗電流密度為10.3μA/cm2，最大開關(guān)比約為7×103。J-V曲線在負(fù)方向上表現(xiàn)出電阻的特性，其原因在于在較大功率的光照射下，旁路電阻的影響比較明顯，但J-V曲線的不對稱性以及在0V處的下移也說明了該器件存在異質(zhì)結(jié)并且發(fā)生了光伏效應(yīng)。

該異質(zhì)結(jié)器件的電學(xué)性能如圖3所示。從圖中可以看出，當(dāng)激光波長在405～780nm時，在零偏壓下的光響應(yīng)主要由石墨烯/GaAs異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生，其光電流密度為2～7mA/cm2，可見器件的光電響應(yīng)比較明顯。從圖3(b）可以看出，器件在激光波長為860～1 064nm的范圍內(nèi)在零偏壓下的光電響應(yīng)主要由碳納米管/石墨烯異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生，其光電流密度為20～70μA/cm2，相比于405～780nm波段的光電響應(yīng)較弱。從圖中還可以得到該異質(zhì)結(jié)器件的暗電流密度為10.3μA/cm2，最大開關(guān)比約為7×103。J-V曲線在負(fù)方向上表現(xiàn)出電阻的特性，其原因在于在較大功率的光照射下，旁路電阻的影響比較明顯，但J-V曲線的不對稱性以及在0V處的下移也說明了該器件存在異質(zhì)結(jié)并且發(fā)生了光伏效應(yīng)。圖4是器件在無偏壓下，不同波長光照射下的I-t響應(yīng)曲線，由于器件在波長860nm以后產(chǎn)生的光電流比較小，故對各個波長下的響應(yīng)采用了歸一化的方法。從圖中可以明顯看出，該異質(zhì)結(jié)器件在不加任何偏壓的情況下，在405～1 064nm的激光照射下都有明顯的光響應(yīng)，說明器件的光譜響應(yīng)達(dá)到了1 064nm，突破了GaAs的吸收極限（860nm），證明了SWCNT吸收了近紅外波長的光，光伏效應(yīng)主要發(fā)生在SWCNT/石墨烯處。從圖中還可以看出，該器件在經(jīng)歷多個開關(guān)的狀態(tài)所產(chǎn)生的光電流基本都在一個量級上，具有比較好的穩(wěn)定性。


本文編號：2977819