碳纳米管-石墨烯复合薄膜高性能光探测器



碳纳米管-石墨烯复合薄膜高性能光探测器

最近，南京大学电子科学与工程学院王枫秋教授、徐永兵教授、张荣教授带领的研发团队在新型低维材料光探测器研究领域取得重要进展。

石墨烯是零带隙的二维材料，高载流子迁移率及宽带光响应等特性使其成为高性能光探测器的理想材料之一。然而，单层石墨烯较低的吸光率和超快的光生载流子复合过程，严重制约了器件的光响应度。课题组从全碳复合材料界面处丰富的调控自由度和高效的电子迁移出发，提出将一维的碳纳米管和二维石墨烯结合形成“原子层厚”薄膜，将有可能大幅提高器件的工作性能。

基于该新型全碳复合薄膜高迁移率、宽谱光吸收以及可大面积制备等特性，研究团队首次实现了基于单壁碳管-石墨烯复合薄膜的光探测晶体管。表征显示，该新型器件可在整个可见光-近红外波段工作(400~1 550 nm)，光响应度大于100 A/W。更令人惊奇的是，由于全碳界面处的范德华互作用，器件响应速度达100 μs，比石墨烯-量子点复合体系的响应速度提高了3个数量级左右，展示了优异的综合性能和实用化前景。此外，该研究也首次将基于二维材料的范德瓦尔斯异质结扩展到了一维/二维复合结构。为研究范德华异质结中基于量子局限效应的新奇物理现象提供了一个全新的平台。