基于石墨烯的红外宽光谱探测器研究进展
由于石墨烯的零带隙特征，Dirac电子线性色散使其在超宽带能够得以调节，这个线性色散暗示了对于任何激发总会有一个电子-空穴对的共振，因而具备高的带宽(>500 GHz)光探测能力，除此之外它还具有宽波段探测范围，良好的内部量子效率和容易制作等优点。IBM的Xia等人利用FET结构的器件对金属石墨烯(metal graphene，MG)接触光电流的机理进行了研究，并利用机械剥离的石墨烯制备出了第一个石墨烯光电探测器(graphene photodetectors, GPD)。通过暗电流和光电流测试得到I/V曲线，可以看出，在光照下总电流有明显的偏移，表明此器件可用于光探测，并且在无外加电压时也有可观的光电流产生。相对光响应依赖于光调制频率的关系，可以看出，除去由于测试设备探头引入的1dB左右的衰退，在40GHz的调制频率下，光响应并无衰退现象，测试还得到了0.5mA/W的响应度。文中指出GPD的带宽主要受RC时间常数的限制，并分析石墨烯探测器的理论带宽可高于500GHz，预示了石墨烯探测器的研究价值与潜力。2013年香港中文大学的Wang等人利用石墨烯／硅异质结构研制了波导结构的高响应度红外探测器。利用MG制备的GPD随着外场电压的增加，暗电流也随之增加，无法实现高灵敏度的信号探测。而文中采用石墨烯／硅异质结构，由于结势垒(junction potential barrier)的存在，暗电流很小，因此具有较高的灵敏度。Wang等人制备的GPD实现了在室温、1.5V偏置电压下，对2.75μm光波具有0.13AW-1的响应率。石墨烯具备宽波段响应、高带宽等特点，使其可以应用于光电探测。采用特殊的光学结构可以提高基于石墨烯的红外探测器的吸收率，从而提高探测器的响应率。国外的最新进展已经实现了室温下的基于石墨烯的宽波段红外探测器，具备广阔的应用前景。鉴于石墨烯红外探测器的优良性能，国内有必要开展相应的研究工作。
红外探测器 制造工艺 波导结构 石墨烯
杜柯 付联效 杨光
上海航天技术研究院第803研究所,中国航天科技集团公司红外探测技术研究中心,上海 200233
国内会议
上海
中文
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2014-12-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）