浙江大学林时胜教授团队:石墨烯/GaAs肖特基接面,拓展光谱范围的新突破

更新时间:2023-12-27      点击次数:167

【重点摘要】

这项研究由浙江大学林时胜教授团队等人发表。

【研究背景】

石墨烯展现出优异的宽频光检测光电特性,但基于石墨烯的光检测器的响应度和探测度受限。将石墨烯与半导体作为异质结构整合可以增强性能,但半导体的能隙限制使先前的展示仅适用于狭窄光谱范围,不适用于对敏感色彩检测要求较高的应用。GaAs是克服这些限制的理想候选者,其直接的1.42电子伏特能隙和高迁移率使其能够实现从可见光到近红外的高性能光检测。此外,石墨烯/GaAs界面上光产生载流子的超快分离为从局部表面等离子共振中获得显著增强提供了潜在可能性。本研究实现了一种等离子增强的石墨烯/GaAs异质结构光检测器,其响应度、探测度和325-980 nm范围内的宽频响应度,呈现了现有光检测器无法匹敌的灵敏度。

【研究结果】

光响应度和探测度

提升的光谱依赖性

载流子寿命和EQE分析

光学模拟

【研究方法】

【结论】

石墨烯与GaAs的协同作用通过石墨烯/GaAs接面耗尽区域、表面等离子近场和GaAs吸收深度的复杂重叠,带来了显著的宽频增强。这种增强机制特别适用于石墨烯/直接带隙半导体异质结构,例如石墨烯/GaAs。由此产生的增强效应提高了响应度、探测度和宽广的光谱范围,使其成为一款出色的光检测器,特别适用于需要敏感彩色检测的应用,比如CCD成像。

随着5G和移动技术的进步推动先进光电感应器件融入日常生活,挑战在于感光区域的缩小。然而,这种趋势要求这些先进光检测器具有更出色的光感应性能,增加了准确测量量子效率的难度。传统方法在波长分散引起的焦点位移方面存在困难,使得在微米级活跃区域内精确捕捉全光谱量子效率曲线变得困难。

作为回应,Enlitech APD-QE利用空间光均匀化技术和ASTM“照射模式",适用于测量LiDAR感应器、TFT影像感应器、InGaAs光电二极管等多种先进光检测器的量子效率和关键参数。传统量子效率系统在准确测量小面积光检测器方面存在限制,因为光子聚焦和克服光学分散和畸变所造成的测量误差难度,影响了EQE光谱曲线。APD-QE 能克服这些挑战,成为光侦测器的工具!


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