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清华大学在三维石墨烯光电传感器研究取得重要进展【 app下载】2021-02-04 02:38

近日,清华大学微纳电子所教授刘泽文、北京交通大学电子信息工程学院邓涛副教授牵头团队在国际知名学术期刊《纳米快报》(NanoLetters)上公开发表了为题《基于三维石墨烯场效应管的高性能光电传感器》(“Three-DimensionalGrapheneField-EffectTransistorsasHighPerformancePhotodetectors”)的研究论文。该论文利用自卷曲方法生产了一种微管式三维石墨烯场效应管(3DGFET),可用于光电传感器,构建对紫外光、红外线、中红外光、太赫兹波的超强高灵敏度、超快观测。基于三维石墨烯场效应管的高性能光电传感器示意图光电传感器是光通信、光学、传感等许多领域的核心元件。石墨烯具备独有的零带隙结构、超快的载流子迁移率等优点,是生产高性能光 app下载电传感器的理想材料。传统的石墨烯光电传感器多使用平面二维(2D)GFET结构,具备超宽的比特率和超快的响应速度。但是,由于单层石yabo网页登录 墨烯对光的吸收率只有2.3%,造成2DGFET光电传感器的号召度很低(~6.3mA/W)。

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虽然将石墨烯与光敏物质结合可以大幅度提高光电传感器的号召度,但是比特率和响应速度不会相当严重损毁。该研究明确提出了一种利用氮化硅形变层驱动2DGFET自卷曲为微管式3DGFET结构的方法,首次生产出有了卷曲层数(1-5)和半径(30μm-65μm)准确高效率的3DGFET器件阵列。这种3DGFET可用于光电传感器,工作波长范围从紫外光(325nm)区域仍然伸延至太赫兹(119μm)区域,为早已报导的基于石墨烯材料的光电传感器比特率之最。

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同时,这种3DGFET兼备超高的号召度和超快的响应速度,在紫外光至红外线区域的号召度平均1A/W以上,在太赫兹区域的号召度低约0.23A/W,响应时间快至265ns(纳秒)。该研究所明确提出的生产方法不仅为3D石墨烯光电器件与系统的构建铺平了道路,还可以推展至二硫化钼、黑磷等其他类石墨烯2D晶体材料。审稿人高度评价该研究成果,指出该研究对整个二维材料研究领域具备最重要意义。该论文的第一作者为清华大学微纳yabo网页登录 电子学系2015届毕业生、现北京交通大学电子信息工程学院邓涛副教授。清华大学微纳电子所刘泽文教授、北京交通大学电子信息工程学院邓涛副教授为该论文的通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、北京市自然科学基金和中央高校基本科研业务费项目的反对。