Small:双异质结提升硅基光电探测器性能

光电探测器是光电电路的关键组成部分之一。优异的光电探测器必须满足三个重要特征,包括高光响应性,低噪声和快速响应速度。传统的块状硅(Si)由于其高可靠性,低成本,合适的带隙和成熟的制造工艺而成为目前商用光电探测器的主要材料。但是,由于硅的光-物质相互作用和迁移率都相对较差,因此商用硅基光电探测器的光响应性偏低,难以高性能的应用要求。

近年来,人们在研究中发现可以将石墨烯转移到硅上而轻易的形成石墨烯-硅肖特基结。该肖特基结新奇的光电性能在新一代光电探测器的开发中引起了极大的关注。到目前为止,这些石墨烯/Si肖特基器件要么工作在光电二极管模式,要么工作中光电导增益模式,这限制了设计硅基光电探测器的自由度。而且,这些肖特基光电探测器通常在光响应度和响应速度之间不可避免地折衷,而同时实现高光响应性和快速响应速度仍然是一个挑战。

最近,广东工业大学材料与能源学院的李京波、郑照强团队构建了In2S3/石墨烯/Si双异质结光电探测器。二维In2S3的引入不仅增强了石墨烯/Si的光吸收,促进了石墨烯/Si界面中电荷的高效分离,而且还带来了光电导增益。因此,该In2S3/石墨烯/Si器件可以有效探测400-1200 nm的光谱范围,既具有4.53×104 A/W的超高光响应性,又具有小于33和40 μs的快速上升和衰减时间。此外,该器件表现出出色的长期稳定性,即使在空气中放置一个月或运行1000个循环后,其性能下降也可忽略不计。因此,我们相信,这项工作为构筑新一代兼具高响应性和超快响应速度的光电探测器提供了策略。相关论文在线发表在Small(DOI:10.1002/smll.201904912)上。