不同的石墨烯光電探測(cè)器可能有不同的光響應(yīng)機(jī)制，一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)石墨烯光電探測(cè)器傾向于只產(chǎn)生正或負(fù)的光電流。在這里，我們展示了一種基于化學(xué)氣相沉積(CVD)和PbS量子點(diǎn)(QDs)生長(zhǎng)的石墨烯的光電探測(cè)器，具有正負(fù)光電流。在635 nm激光照射下，器件在低激光功率密度(0.17 μW)下產(chǎn)生了9 μA的正光電流，由于具有高增益機(jī)制，器件的響應(yīng)度可達(dá)39.58 A /W。然而，在高激光功率密度(9.59 μW)時(shí)，由于熱散射，該器件表現(xiàn)出完全相反的特性。產(chǎn)生20 μA的負(fù)光電流，器件響應(yīng)度為10.29 A/W。該裝置表現(xiàn)出兩種響應(yīng)機(jī)制的共存。探索石墨烯中正負(fù)光電流的機(jī)制有助于研究石墨烯載流子的調(diào)控，也可以為石墨烯基憶阻器件提供可能的研究方向。
圖1. 量子點(diǎn)改性石墨烯器件結(jié)構(gòu)示意圖及相關(guān)材料表征。(a)量子點(diǎn)改性石墨烯探測(cè)器，D、S電極與石墨烯直接形成歐姆接觸，背柵電極為n型重?fù)诫s硅。(b)設(shè)備的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。(c)石墨烯在SiO
2/Si襯底上的拉曼光譜。(d)通過(guò)熱注入在170℃下生長(zhǎng)的量子點(diǎn)的光譜吸收。
圖2. PbS -石墨烯器件的電氣和光學(xué)測(cè)試。(a) I-V特性(b) PbS量子點(diǎn)薄膜組裝前后的傳輸曲線。(c) (d) 635 nm和1550 nm激光在不同功率密度下光電流隨偏置的變化。(e)光電流對(duì)激光功率照射的依賴性。
圖3. 在柵極電壓調(diào)節(jié)下，器件的通道電阻和光電流的變化，以及器件中的響應(yīng)機(jī)制示意圖。(a)和(b)電阻和光電流與器件的背柵電壓的函數(shù)。(c)和(d)器件在正負(fù)門電壓下的光電效應(yīng)。(e)器件的熱散射效應(yīng)。
圖4. 設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間。(a)， (b)在高功率密度下，由于熱散射，器件的響應(yīng)時(shí)間非常大。(c)， (d)在低功率密度下，器件的響應(yīng)時(shí)間主要由載流子壽命決定，響應(yīng)時(shí)間較小。
相關(guān)研究成果由中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所集成光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)材料科學(xué)與光電技術(shù)學(xué)院Run Chen等人于2022年發(fā)表在Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications (https://doi.org/10.1016/j.photonics.2022.101083)上。原文：A hybrid graphene-PbS quantum dots photodetector with positive and negative photocurrents。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
