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新型石墨烯光电探测器,比现有设备探测能力强10万倍

石墨烯由于缺乏固有的能隙,因而在数字电子领域没有什么用武之地。但是在光电子领域,石墨烯这种无能隙存在的结构似乎正吸引众多研究人员的注意。这一特点在光电检测器领域内尤为突出,石墨烯使得更高效率的近太赫兹光电检测器成为可能。

近日,韩国大邱庆北科技学院(DGIST)和瑞士巴塞尔大学的研究人员开发了一种能够在微波波长上工作的新型石墨烯光电探测器。这一点与仅能够探测从近红外光到紫外光波长之间,即可见光波长范围内的石墨烯光电探测器截然不同。

“该研究的意义在于,我们开发出了世界上第一个基于石墨烯器件的微波光电探测器,”DGIST的高级研究员郑敏琼(Jung Min-Kyung)在一份新闻稿中说道。

该装置可以检测到现有石墨烯光电检测器检测能级还小十万倍的光能。

在这项发表在《纳米快报》(Nano Letter)杂志上的文章中,研究团队研究了布置在pn结中的双层石墨烯的微波吸收能力,pn结即p型和n型半导体连接在一起形成的节点,它是许多我们熟悉的电子设备的基础。

当然,先前已经有许多研究人员对微波范围内光电检测进行了许多研究与尝试,但是因为探测器本身上的微波具有比由周围环境引起的表面电位差小得多的能量,这些尝试均告失败。引起失败的原因其中就包括在制造期间在石墨烯表面上留下的残留物等。

为了克服这个问题,研究人员另辟蹊径。他们制造出了一个使p-n结悬浮在衬底上方的桥式结构,从而使得基于石墨烯的p-n结与衬底分离。这个桥式结构本质上允许电子自由流动而不碰撞上由器件上的残余物产生的障碍物。

研究人员能够通过测量电极之间的温度差来检测光电流,从而确认它们确实制造出了微波光电检测器。基本上,随着在石墨烯p-n结中产生的电子 - 空穴对数量越来越多,p-n结的温度增加。

研究人员似乎正在考虑将这种微波光电探测器用于可穿戴设备和柔性显示器。郑敏宇补充说:“通过开发新的应用设备,如使用单一基于石墨烯的大面积微波光电探测器,我们将对其进行进一步的研究以提升可穿戴设备和柔性显示器的性能表现。”


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