碳納米管-石墨烯復合薄膜高性能光探測器

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碳納米管-石墨烯復合薄膜高性能光探測器

最近，南京大學電子科學與工程學院王楓秋教授、徐永兵教授、張榮教授帶領(lǐng)的研發(fā)團隊在新型低維材料光探測器研究領(lǐng)域取得重要進展。

石墨烯是零帶隙的二維材料，高載流子遷移率及寬帶光響應等特性使其成為高性能光探測器的理想材料之一。然而，單層石墨烯較低的吸光率和超快的光生載流子復合過程，嚴重制約了器件的光響應度。課題組從全碳復合材料界面處豐富的調(diào)控自由度和高效的電子遷移出發(fā)，提出將一維的碳納米管和二維石墨烯結(jié)合形成“原子層厚”薄膜，將有可能大幅提高器件的工作性能。

基于該新型全碳復合薄膜高遷移率、寬譜光吸收以及可大面積制備等特性，研究團隊首次實現(xiàn)了基于單壁碳管-石墨烯復合薄膜的光探測晶體管。表征顯示，該新型器件可在整個可見光-近紅外波段工作(400~1 550 nm)，光響應度大于100 A/W。更令人驚奇的是，由于全碳界面處的范德華互作用，器件響應速度達100 μs，比石墨烯-量子點復合體系的響應速度提高了3個數(shù)量級左右，展示了優(yōu)異的綜合性能和實用化前景。此外，該研究也首次將基于二維材料的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)擴展到了一維/二維復合結(jié)構(gòu)。為研究范德華異質(zhì)結(jié)中基于量子局限效應的新奇物理現(xiàn)象提供了一個全新的平臺。