重慶研究院等三維石墨烯異質(zhì)結(jié)光電探測器件研究獲進展

　　近日，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院微納制造與系統(tǒng)集成研究中心與香港中文大學(xué)、電子科技大學(xué)和重慶理工大學(xué)合作，在基于硅表面的三維石墨烯原位生長技術(shù)上，取得高性能異質(zhì)結(jié)光電探測器方面的研究進展，相關(guān)內(nèi)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(jié)光電探測器具有暗電流低、響應(yīng)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(zhuǎn)移工藝，而轉(zhuǎn)移工藝不可避免的有機殘留會造成石墨烯-硅異質(zhì)結(jié)結(jié)界面的污染，降低肖特基勢壘質(zhì)量，從而影響光電探測器的光電響應(yīng)；此外，二維石墨烯薄膜生長所需的金屬催化劑在轉(zhuǎn)移過程的殘留也會對器件質(zhì)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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)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(jié)理想因子小于1.2，探測器的開關(guān)比達到2×107，響應(yīng)度大于0.57A/W，響應(yīng)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(xué)基金、重慶市基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)圖和光探測器低噪聲電流示意圖