重慶研究院等三維石墨烯異質結光電探測器件研究獲進展

　　近日，中國科學院重慶綠色智能技術研究院微納制造與系統(tǒng)集成研究中心與香港中文大學、電子科技大學和重慶理工大學合作，在基于硅表面的三維石墨烯原位生長技術上，取得高性能異質結光電探測器方面的研究進展，相關內容以High-performance Schottky heterojunction photodetector with directly grown graphenenanowalls as electrodes 為題發(fā)表在Nanoscale 期刊上。

　　利用石墨烯作為電極的肖特基結光電探測器具有暗電流低、響應速度快和正面入射等優(yōu)勢。然而，二維石墨烯薄膜無法在硅基襯底實現(xiàn)原位生長，石墨烯電極的形成需要采用基于有機支撐材料的濕法或者干法轉移工藝，而轉移工藝不可避免的有機殘留會造成石墨烯-硅異質結結界面的污染，降低肖特基勢壘質量，從而影響光電探測器的光電響應；此外，二維石墨烯薄膜生長所需的金屬催化劑在轉移過程的殘留也會對器件質量產(chǎn)生不利影響。三維石墨烯墻是由縱向生長的多層石墨烯形成的網(wǎng)格互連結構，保留了石墨烯薄膜拉曼特征峰；同時，三維石墨烯無需金屬催化，可在硅襯底實現(xiàn)原位生長，避免金屬催化劑和轉移過程有機殘留污染。

　　該研究利用三維石墨烯墻原位生長實現(xiàn)的超潔凈硅-石墨烯界面，實現(xiàn)了高性能的光電探測器。實驗得到肖特基結理想因子小于1.2，探測器的開關比達到2×107，響應度大于0.57A/W，響應時間小于25ms，3dB截止頻率大于8.5kHz，測試和計算的比探測率分別達到5.88×1013 cm Hz1/2/W 和2.27×1014 cm Hz1/2/W。該研究得到了國家自然科學基金、重慶市基礎與前沿研究計劃重點項目等經(jīng)費支持。

石墨烯納米墻及其光探測器結構圖和光探測器低噪聲電流示意圖