1
成果简介
二维石墨烯由于其优异的光电特性而作为高性能光电探测器的有前途的候选材料而受到广泛关注。然而，高灵敏度宽带石墨烯光电探测器的实现仍然是一个挑战。铌酸锂（LiNbO 3）具有自发极化、高介电常数、高电压电系数等优点，通过极化掺杂可以改善石墨烯的光电检测特性。本文，暨南大学Heyuan Guan等研究人员在《Adv. Optical Mater》期刊发表名为“Broadband, High-Sensitivity Graphene Photodetector Based on Ferroelectric Polarization of Lithium Niobate”的论文，研究借助 x 切割 LiNbO 3的局部铁电极化，同时证明了石墨烯的 n 和 p 掺杂。
这种高灵敏度和宽带 p-n 结光电探测器显示出 405 至 2000 nm 的宽检测范围，响应度约为 2.92 × 10 6入射功率为 24 pW (λ = 1064 nm) 时 的 W -1和 ≈8.65 × 10 14 Jones的高探测率。特别是，实现了≈23 ms/≈23 ms 的快速上升/下降时间。基于石墨烯的 LiNbO 3（体）光电探测器显示出更高的响应度，而基于石墨烯的 LiNbO 3（薄膜）光电探测器具有更快的响应时间。这项工作不仅深化和扩展了二维材料和铁电材料的基础研究，而且展示了掺杂石墨烯材料在高性能光电探测方面的巨大潜力。
2
图文导读
图1、基于石墨烯的 LiNbO 3光电探测器的结构图。
图2、石墨烯基LiNbO 3光电探测器的制备。a) 光电探测器制备过程示意图。b) 所制造器件的光学显微镜
图3、用于测试由 x-cut LiNbO 3产生的热电效应的装置系统。
图4、a) 器件发光时的热释电电荷分布。b) 器件不发光时的热释电电荷分布。小箭头代表局部铁电极化方向。c) 由连接到电极 1-2 的装置测量的热电流。d) 由连接到电极 3-4 的装置测量的热电流。e) 由连接到电极 1-3 的设备测量的热电流。f) 由连接到电极 2-4 的装置测量的热电流。
图5、分别由 a) 405、b) 808、c) 1064 和 d) 2000 nm 激光器照射的基于石墨烯的 LiNbO 3（薄膜）光电探测器的响应时间。（V偏置 = 0 V）。
图6、a)样品在相同环境下的电流-电压（I – V）曲线。黑色、蓝色和红色线分别代表电极 1-3、电极 2-4 和电极 1-2 之间的测量值（参见插图）。b) 器件在 p-n 结状态下的能带图。
3
小结
总之，我们制造了具有增强的 LiNbO 3局部铁电极化的高灵敏度宽带石墨烯光电探测器。基于石墨烯的 LiNbO 3（体）光电探测器显示出高响应度，基于石墨烯的 LiNbO 3（薄膜）光电探测器具有快速响应时间。二维材料和铁电材料的结合是下一代高性能光电器件的一个有吸引力的研究领域。对基于石墨烯的 LiNbO 3光电探测器的研究为下一代多功能、节能和光电应用的发展铺平了道路。
文献：
https://doi.org/10.1002/adom.202100245
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
