編號：SBJS00641
篇名：多層石墨烯納米帶光電探測器理論與性能分析
作者：劉海月[1,2,3] ;牛燕雄[1,2,3] ;尹貽恒[1,2,3] ;丁銘[1] ;楊碧瑤[1,2,3] ;劉帥[1,2,3]
關(guān)鍵詞： 石墨烯 納米帶 光電設(shè)備 探測
機(jī)構(gòu)： [1]北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院,北京100191; [2]微納測控與低維物理教育部重點實驗室,北京100191; [3]精密光機(jī)電一體化教育部重點實驗室,北京100191
摘要： 多層石墨烯具有超寬的光譜吸收范圍及獨特的光電性能,是制作下一代光電探測器件的理想材料。以石墨烯的帶間隧穿理論為基礎(chǔ),提出了一個多層石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)的光電探測器模型,納米帶的兩端與源極和漏極相連,夾在半導(dǎo)體基質(zhì)和上下柵極之間。利用這個模型,建立了多層石墨烯納米帶探測器的光電轉(zhuǎn)換機(jī)制,討論了上柵極電壓不同時探測器的工作原理,研究了源-漏極間光電流及暗電流與入射光能量的關(guān)系,探討了探測器的偏置電壓,耗盡層長度以及帶隙取值對暗電流的影響,并分析了不同參數(shù)下探測器響應(yīng)率以及探測率隨入射光能量的變化關(guān)系。結(jié)果表明,探測器的響應(yīng)率隨納米帶層數(shù)的增加而增加,受帶隙,耗盡層長度和偏置電壓的影響,最大的響應(yīng)率約為10~3 A·W~（-1）;通過限制上柵壓,帶隙等變量可以控制系統(tǒng)暗電流,增大探測器的探測率,最高探測率約為10~9 cm·Hz~（1/2）·W~（-1）。多層石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)可以增強探測器對入射光的吸收,提高探測器的靈敏度以及對弱光的探測能力,實現(xiàn)對太赫茲到遠(yuǎn)紅外波段入射光的有效探測,探測性能遠(yuǎn)高于許多量子結(jié)構(gòu)和窄帶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光電探測器。
