《表1 基于石墨烯异质结(Gr)的光栅局域调控光电探测器》

  提示：宽带有限、当前游客访问压缩模式

本系列图表出处文件名：随高清版一同展现

《光栅局域调控二维光电探测器》

1. 获取 高清版本忘记账户？点击这里登录

1. 下载图表忘记账户？点击这里登录

光增益G=τlife/τtra很大程度上取决于载波传输时间，可以通过更短的沟道长度，更大的偏置电压及更高的载流子迁移率来提高.为了更高的增益，石墨烯的超高迁移率是作为导电沟道的最佳选择.2013年，Roy等[77]利用石墨烯和Mo S2的异质结结构设计了具有超高响应度的光电器件，如图3（a）所示.其中石墨烯充当导电通道，Mo S2充当局域光栅层.在负偏压下，界面处的能级对齐，光激发电子转移到石墨烯，空穴仍留在Mo S2中形成光栅层.在室温下，器件光响应度达到5×108 A/W，在温度为130 K时，其光响应度高达到1010 A/W.Qiao等[78]设计的石墨烯-Bi2Te3异质结光电探测器具有从可见光到近红外波长宽带的光电检测能力，如图3（b）所示，是纯单层石墨烯器件光响应度的1000倍左右，达到几十A/W的量级，光增益达到83左右，更重要的是，器件拥有较快的光响应速度，上升时间只有8.7 ms.Kim等[38]使用CVD方法生长石墨烯，用MBE合成Bi2Se3[79，80]，设计出石墨烯-Bi2Se3异质结新型中红外光电探测器.通过在窄带隙Bi2Se3拓扑绝缘体对中红外和红外光子的宽频谱吸收和石墨烯-Bi2Se3界面处的光栅效应对光生载流子进行分离提高了响应光谱范围和光响应度，在中红外波段和近红外波段，光响应度分别达到1.97 A/W和8.18 A/W.Xu等[81]使用直接带隙的多层BP作为增强的光吸收材料，设计了石墨烯-黑磷（BP）异质结光电探测器.在内建电场作用下，光激发电子进入BP作为光栅层，空穴流入石墨烯层进行导电传输.在655 nm波长处光响应度达到55.75 A/W，在785 nm波长处光响应度达到1.82 A/W.同样的，Liu等[82]采用CVD合成及干法转移的方法实现了超快响应、性能稳定的石墨烯/BP红外波长的光电探测器，器件中的顶层的石墨烯不仅充当封装层，而且还充当高效率的载流子传输层，如图3（c）所示.石墨烯-BP异质结光电探测器在近红外波长（1550 nm）处表现出的超高的光响应，达到3.3×103 A/W，光增益高达1.13×109，上升响应时间也只有4 ms.Liu等[83]设计的石墨烯/Mo Se2光电探测器同样获得超高光响应，在550 nm波长处高达1.3×104 A/W.Lan等[84]在单层石墨烯上用CVD生长WS2构成石墨烯-WS2范德瓦耳斯异质结.由于石墨烯-WS2界面的内建电场，有效地分离了光生电子空穴对，让探测器显示出了更高光响应度，在405 nm波长处光响应度达到950 A/W，如图3（d）所示，在340—680 nm范围内具有宽光谱响应.利用多层Re S2具有直接带隙，吸光率高的特点，Kang等[85]采用堆叠方法设计了石墨烯-Re S2异质结光电探测器.由于Re S2作为光吸收层引起光栅效应，器件在偏压为–3 V，栅压为–30 V和400 nm光照下达到最大光响应度为7×105 A/W，如图3（e）所示，对应的外量子效率高达2.2×108%，探测率为1.6×1013 Jones和只有30 ms的快速响应时间，比单纯的Re S2探测器高3个数量级，说明了光栅效应能够明显提高光电流的产生.将探测器结构中的Re S2光栅层替换为Mo Te2，Yu等[86]获得高效的近红外探测器，电子被局域在Mo Te2中引起光栅效应，使器件表现出极高光增益达到4.69×108和探测率达到1.55×1011 Jones.不仅如此，该器件拥有高带宽光电检测从可见光到1064 nm，特别是在1064 nm波长下，光响应达到970.82 A/W，如图3（f）所示.此外，在易弯曲基板上仍保持良好的光电检测能力，在VD=1 V，1064 nm处具有60 A/W的高响应度，它为高效，柔性，低成本的高宽带近红外光电探测器提供了方向.另外，这里列举了近些年基于石墨烯异质结（Gr）的光栅局域调控光电探测器的文章，在光响应度、增益和响应速度方面比石墨烯光电探测器都有明显提高，如表1所示.