不同的石墨烯光電探測器可能有不同的光響應(yīng)機制，一般來說，大多數(shù)石墨烯光電探測器傾向于只產(chǎn)生正或負的光電流。在這里，我們展示了一種基于化學氣相沉積(CVD)和PbS量子點(QDs)生長的石墨烯的光電探測器，具有正負光電流。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，由于具有高增益機制，器件的響應(yīng)度可達39.58 A /W。然而，在高激光功率密度(9.59 μW)時，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)機制的共存。探索石墨烯中正負光電流的機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)量子點改性石墨烯探測器，D、S電極與石墨烯直接形成歐姆接觸，背柵電極為n型重摻雜硅。(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)通過熱注入在170℃下生長的量子點的光譜吸收。
圖2. PbS -石墨烯器件的電氣和光學測試。(a) I-V特性(b) PbS量子點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)時間。(a)， (b)在高功率密度下，由于熱散射，器件的響應(yīng)時間非常大。(c)， (d)在低功率密度下，器件的響應(yīng)時間主要由載流子壽命決定，響應(yīng)時間較小。
相關(guān)研究成果由中國科學院半導(dǎo)體研究所集成光電子學國家重點實驗室、中國科學院大學材料科學與光電技術(shù)學院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
