浙大高超课题组《Carbon》：缺陷态石墨烯纳米膜/硅宽波段红外探测器

成果简介

红外光电探测器被广泛应用于工业、科学、军事和日常生活等领域，伴随科技的发展，人们对未知领域的探索迫切需求，进一步提升探测器性能以满足探测需求问题亟待解决。因此，以石墨烯为代表的新型材料及新型器件架构应运而生，人们期待通过将新材料或新器件与现有平台相结合，以突破传统红外光电探测器的能效极限。本文，浙江大学高分子系高超教授团队与微纳电子学院徐杨教授团队合作在《Carbon》期刊发表名为“ Defect-induced Photocurrent Gain for Carbon Nanofilm-based Broadband Infrared Photodetector”的论文，研究提出了一种缺陷态可控的宏观组装石墨烯纳米膜/硅宽波段红外探测器，探索了材料缺陷态含量与探测性能之间的关系。

以商业化的高烯®单层氧化石墨烯作为原料，经过液晶湿法组装、化学还原、冷缩剥离及结构修复后，得到可自由操纵的自支撑大面积（4.2 cm直径）石墨烯纳米膜（nMAG）。通过较低温度的热处理，得到缺陷态宏观组装石墨烯纳米膜（D-nMAG），向碳材料内部引入缺陷，制备的D-nMAG/Si探测器，探测波段拓展到红外波段，红外响应度为0.156 A/W @ 900 nm及 3.7 mA/W @ 4 μm，响应时间~132 ns。同时，该工作充分利用材料的晶圆级制备，结合探索的材料无损刻蚀新技术实现阵列器件制备，并得到红外成像图像

图文导读

图1. 宏观组装石墨烯纳米膜的制备和结构表征。

图2. 缺陷态宏观组装石墨烯纳米膜/硅异质结器件表征。

图3. 石墨烯纳米膜/硅异质结近红外响应

图4. 缺陷态石墨烯纳米膜/硅异质结中红外响应。

图5. 缺陷态石墨烯纳米膜/硅器件响应机制。

图6. 缺陷态石墨烯纳米膜/硅器件线阵成像。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.07.028