基于石墨烯的红外探测机理与器件结构研究进展

石墨烯具有超高载流子迁移率、零带隙、宽波段响应等性质,是具有潜力的红外光电探测材料。通过分析石墨烯基红外探测器的发展历程,综述了石墨烯红外光电响应的机理,对石墨烯基探测器的响应度、波段、速度等性能和器件结构进行了梳理,并围绕石墨烯基探测器在材料制备、工艺兼容性等方面的挑战进行了探讨和展望。     

基于表面等离激元的石墨烯光电探测器研究进展

光电探测器作为一种重要的光电子器件,提高其性能是广受关注的研究课题.近年来,采用纳米结构突破了原有红外光电探测器发展的瓶颈,越来越多的人使用金属纳米颗粒、纳米结构图形化石墨烯、谐振腔等激发表面等离激元,促进光-物质交互作用,得到了高性能光电探测器.文中从图形化石墨烯、金属纳米颗粒、量子点、周期性纳米结构几个方面介绍了基...     

局域场增强石墨烯近红外光电探测器（特邀）

近红外光电探测器在夜视监控、生物医学、环境监测等诸多领域有广泛应用。由于二维石墨烯材料具有独特性质（零带隙结构、高载流子迁移率、功函数可调）使其在红外探测领域具有巨大潜质。为了充分利用石墨烯的优势,并克服其吸收率低、暗电流噪声大的不足,研究者利用局域场调控设计混合结构以提高红外探测器性能。文中总结了局域场增强石墨烯近红外光电探测器的研究成果,介绍了单吸收层局域场增强器件并分析基于不同类型感光材料器件的优缺点,进一步介绍了双吸收层局域场增强器件,对笔者所做的双吸收层器件中电流极性等相关研究进行了简述。最后对局域场增强探测器相关功能拓展领域研究进行了简介,对该类器件的发展趋势进行了简要的总结和展望。     

基于石墨烯的光电探测器研究进展

基于石墨烯的光电探测器具有响应度高、检测波段范围大和精确度高的特点。综述了石墨烯光电探测器的最新研究进展。针对紫外波段、可见光波段和红外波段三种类型的光电探测器,介绍了典型的基于石墨烯的七种光电探测器。分析了七种光电探测器的基本结构、工作原理和响应度等特性,并进行了对比分析。最后,展望了石墨烯光电探测器的未来发展趋势。     

石墨烯基材料的能带调控技术研究进展

石墨烯具有一系列特殊的物理和化学性质,因而近年来受到人们的极大关注.然而目前石墨烯在光电子领域的应用尚不广泛,其主要原因是由石墨烯的半金属性决定的,所以将石墨烯由半金属转变为半导体就成为人们关注的一个焦点问题.我们针对石墨烯能带调制问题开展了系统的石墨烯基材料与器件的制备研究,开发了单层、双层石墨烯的CVD制备技术、氧化石墨烯的\     

石墨烯光电探测器

意义：石墨烯是一种新型的二维材料，可以认为它是以六角点阵排列的单层碳原子。研究人员已经发现在石墨烯顶部放置了两个彼此非常靠近的金属线，并在这一结构上施加光照，可以产生电能。这一简单装置已用于太阳能电池。但这类前景广阔的设备进入实际应用还有一个主要障碍：效率低。由于石墨烯是世界上最薄的材料，几乎不吸收光（约3％），     

石墨烯MIS结宽光谱光电特性的研究

Ge基光电探测器具有独特的通信带宽响应特性和良好的CMOS工艺兼容性,在光电探测方面具有广阔的应用前景。但目前商用探测器的响应波段普遍局限在某一波段,难以满足多波段融合、小型化的探测需求。因此,通过在多层石墨烯和N型Ge之间引入薄的SiO2界面层,制备了基于石墨烯金属-绝缘层-半导体(MIS)结的光电探测器,分析了SiO₂的厚度以及石墨烯层数对MIS结器件性能的影响,并测试了器件的光谱响应范围、电流-电压曲线、响应度、开关比等光电特性。结果表明,该器件在254～2200 nm波段内均有响应,在980 nm处的响应度和开关比达到峰值,分别为78.36 mA/W和1.74×10³,上升时间和下降时间分别为1 ms和3 ms。     

基于石墨烯纳米条带阵列的光电探测器模型

提出了一种基于石墨烯纳米条带阵列的光电探测器(GNR-PD)结构,讨论了器件的解析模型.基于二维泊松方程,在弱非局域近似条件下建立了GNR-PD的器件模型,推导了其I-V特性和光响应特性.结果表明,GNR-PD具有极高量子效率和光电增益,可以获得高达150 A/W以上的光响应度.     

新一代近室温光电探测器（上）

红外光电探测器的主要虽需要进行致冷,以便抑制会导致噪声的自由载流子的热产生。本文将讨论在不进行低温致冷条件下工作的红外光电探测器,提高其性能的新的方法,包括器件的最佳设计、采用把光电探测器光学浸没有高折射率的透镜中以及光学共振腔。然而,另一种五分有发展前景的方法是用电荷载流子使半导体耗尽而抑制自由载流子的热产生,这种热产生是受俄歇机制控制的。利用排斥效应、提取效应以及磁集中效应能够实现静态耗尽。反     

悬浮型石墨烯压力传感阵列的设计与研究

传统的硅压阻式压力传感器存在易受温度影响、断裂韧性较差以及传感节点有限等缺点,因此设计了一种悬浮型阵列结构的石墨烯压力传感器。首先分析了该传感器的结构与原理,然后研究了应变对石墨烯能带结构的影响。最后,建立了顶板-支柱结构的压强放大模型和挠度放大模型。理论与仿真结果表明,压强的放大系数与半径比满足负指数关系,随着支柱底面半径的不断减小,放大系数趋于定值;在集中压力模型中,最大挠度与半径比近似满足线性关系,最大挠度与压强呈三分之一幂次关系。     

石墨烯基电子学研究进展

综述了石墨烯晶体的能带结构和独特的电子性质,如双极性电场效应、单双层石墨烯效应、衬底效应、石墨烯纳米带(GNR)带隙等特殊效应的研究现状。介绍了石墨剥落技术、外延生长和化学气相淀积(CVD)等石墨烯材料的制备以及表征方法。列举了石墨烯在电子、显示、太阳电池、传感器和氢存储等方面的应用,如在石墨烯场效应管、石墨烯纳米带场效应管(SET)、石墨烯单电子晶体管、石墨烯金属晶体管、石墨烯基纳米电子机械系统(NEMS)、石墨烯分子开关以及石墨烯基高电子迁移率晶体管(HEMT)制备方面的应用。人们已经研究出不同栅长的n/p型顶栅石墨烯场效应管(GFET),并采用标准的S参数直接表征器件的高频性能。理论和实验表明,所有石墨烯纳米带场效应管(GNRFET)在室温下工作的前提是GNR的带宽尺寸小于10nm,并具有半导体场效应管的性能。     

Pt/CdS Schottky紫外探测器的光电性能研究

制备了Pt/CdS Schottky紫外探测器,对Pt/CdS Schottky紫外芯片对中波红外（3～5μm）的透过率进行了研究,并对器件光电性能进行了测试分析。通过优化 Pt 电极制备条件及对 SiO2增透膜的研究,使Pt/CdS Schottky紫外芯片对中波红外波段的透过率达到85%。室温300 K下,所制备Pt/CdS Schottky紫外探测器在零偏压处的背景光电流为-0.063 nA,在＋6 V时的暗电流密度为7.6×10-7 A/cm2,R0A达到7.2×104?·cm2,其50%截止波长为510 nm。     

High Sensitivity Graphene Field Effect Transistor‐Based Detection of DNA Amplification

Enzymatic DNA amplification‐based approaches involving intercalating DNA‐binding fluorescent dyes and expensive optical detectors are the gold standard for nucleic acid detection. As components of a simplified and miniaturized system, conventional silicon‐based ion sensitive field effect transistors (ISFETs) that measure a decrease in pH due to the generation of pyrophosphates during DNA amplification have been previously reported. In this article, Bst polymerase in a loop‐mediated isothermal amplification (LAMP) reaction combined with target‐specific primers and crumpled graphene field effect transistors (gFETs) to electrically detect amplification by sensing the reduction in primers is used. Graphene is known to adsorb single‐stranded DNA due to noncovalent π–π bonds, but not double‐stranded DNA. This approach does not require any surface functionalization and allows the detection of primer concentrations at the endpoint of reactions. As recently demonstrated, the crumpled gFET over the conventional flat gFET sensors due to their superior sensitivity is chosen. The endpoint of amplification reaction with starting concentrations down to 8 × 10^?21 m in 90 min including the time of amplification and detection is detected. With its high sensitivity and small footprint, this platform will help bring complex lab‐based diagnostic and genotyping amplification assays to the point‐of‐care.     

一种基于石墨烯电场效应的软X射线探测器简

针对脉冲星导航对软X射线探测的实际要求,研究分析了一种基于石墨烯电场效应的软X射线探测器的性能.通过理论计算,并利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,给出了探测器时间分辨率和能量分辨率的估值公式.在5.9 keV软X射线入射硅吸收层的情况下,时间分辨率的理论值可达7.2ns,能量分辨率的理论值约为90 eV(1.5％).结果表明,该探测器能够初步满足脉冲星软X射线的探测需求.     

石墨烯/Si晶体管的研究进展

石墨烯具有很多优异的力学、电学和结构特性,可用于制备高速、低功耗的半导体电子器件和集成电路芯片。简要介绍了三种石墨烯/Si的制备方法,即剥离法、外延法、剪切和选择转移印刷法,其中外延生长的石墨烯被认为是最终实现碳集成电路的唯一途径。并给出了采用上述方法制备的石墨烯/Si晶体管的电阻、磁阻、载流子迁移和输运特性以及量子霍尔效应(QHE)等电学特性。发现石墨烯/Si晶体管最高频率达155GHz,在室温下具有异常的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应。其电荷载流子浓度在电子和空穴之间连续变化,可高达1013 cm-2,迁移率可达2×105 cm2/(V.s)。     

高光谱红外探测器组件的研究进展

描述了国外高光谱红外焦平面探测器组件的发展状况和工程应用情况,并介绍了国内高光谱红外焦平面探测器组件的研究进展。通过分析高光谱红外焦平面探测器的性能特点,提出了高光谱红外焦平面探测器的研究重点。     

Ⅱ类超晶格长波红外探测器研究进展

由于具有带隙可调、电子有效质量大、俄歇复合率低等特点,Ⅱ类超晶格在长波红外和甚长波红外探测方面具有独特优势。介绍了长波超晶格探测器制备方面的研究进展,包括能带结构设计、表面缺陷控制、周期结构控制和表面钝化。最后报道了320×256长波超晶格焦平面阵列及其测试性能。结果表明,在77 K工作温度下,该阵列的截止波长为9.6 μm,平均峰值探测率D*为7×10¹⁰ cm·Hz^1/2/W,噪声等效温差 (Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为34 mK,响应非均匀性为7%。     

基于石墨烯探测器的积分电路设计

为了解决石墨烯探测器光电探测的难题,针对石墨烯探测器受光照像元电阻发生变化的特点,设计了基于石墨烯探测器的新型积分电路结构。该积分电路结构主要包含前端偏置电路、运算放大器以及开关和反馈电容等部分,电路主要利用暗像元电阻不随光照变化,而感光像元电阻会随光照强度变化而变化的特点,将光照条件下暗像元支路的电流与感光像元支路电流的差作为光响应电流,并采用CTIA积分电路进行电流积分,将光响应电流转换为积分电压输出,进而实现石墨烯探测器对光响应信号的探测和输出。文中对相关的主要电路设计进行了分析,并基于Cadence ADE仿真环境完成了电路仿真。经仿真分析,基于文中的积分电路,可以将不同光照条件下石墨烯探测器的光响应转换为对应的积分电压输出。可见,所设计的积分电路能够满足石墨烯探测器对光响应探测的需求,对石墨烯材料进入光电探测器领域具有重要意义。