ACS Appl. Mater. Interfaces：PbSe修饰的石墨烯/硅异质结，用于具有双光调制效应的自供电宽带探测

成果介绍

自供电宽带光电探测器在传感、通信和成像应用中具有重要的前景。

有鉴于此，中科院重庆绿色智能技术研究院冯双龙研究院团队提出了一种基于电化学合成PbSe立方晶体修饰的石墨烯/硅异质结的高性能自供电宽带光电探测器。该器件具有良好的光电特性，在1550 nm处的探测率D*为3.59×10¹⁰ Jones，在室温600 K黑体辐射下的探测率D*为2.1×10⁹ Jones。创新的是，将红外敏感材料改性与石墨烯的高度可调费米能级相结合，可以在石墨烯/Si结内实现光子能量和肖特基势垒高度的有效解耦。实验结果证实了一种新的双光调制效应：由红外调制光诱导的光生载流子动态移动石墨烯的费米能级，从而显著调制信号光产生的光电流响应。这一机制为光电信号的动态控制开辟了新的途径。最后，本文展示了该器件在成像应用方面的潜力。

图文导读

图1. PbSe亚微米晶体的表征。

图2. （a）PbSe亚微米晶体修饰的石墨烯/硅光电探测器的示意图。（b）黑暗和光照条件下光电探测器的I-V曲线。（c）零偏置下635 nm波长下光电探测器的响应特性。（d）635 nm光照下的响应率和净光电流与功率密度的关系。（e）零偏置1550 nm波长下光电探测器的响应特性。（f）1550 nm光照下的响应率和净光电流与功率密度的关系。

图3. （a）红外1550 nm光调制下可见光635 nm响应的光电流增强。（b）红外线1550 nm光调制下可见光635 nm响应的光电流增强。（c）1550 nm光照下PbSe/石墨烯/Si和石墨烯/Si异质结光电探测器的时间响应。（d）黑暗和1550 nm激光照射下模拟的激子生成图。

图4. （a）分别以1 Hz、1 kHz和3 kHz调制频率照射1550 nm时的瞬态响应曲线。（b）相对光电流信号与开关频率的关系。（c）1550 nm光照下瞬态响应曲线放大图。（d）零偏置下系统和器件的噪声功率密度。

图5. （a）黑体光源照明下光电探测器的黑体测量示意图。（b）不同温度黑体辐射下器件的光电斩波信号。（c）器件在不同黑体温度下的比探测能力。

图6. （a）不同波长周期光照下的宽谱光电导开关曲线。（b）PbSe/石墨烯/硅光电探测器与其他PbSe基器件在探测率和响应速度方面的性能比较。（c）用于成像测量装置的示意图。（d）1550 nm光照下的2D电流成像。

文献信息

PbSe-Modified Graphene/Si Heterojunction for Self-Powered Broadband Detection with Dual-Light Modulation Effects

（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2025, DOI:10.1021/acsami.5c13147）

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c13147