产品与服务 Services
在线商城
高品质单层石墨烯粉末
当前位置:首页 > 产品与服务 石墨烯百科
【你问我答】石墨烯大讲堂(13)
无论是在私人的朋友圈,还是材料类公众号平台,关于石墨烯的文章无处不在,还大有刷屏之势。不管是技术小白还是研发大咖,要是不知道石墨烯,是不是都不好意思和朋友、同事聊天呢!

什么,你还不知道石墨烯到底是啥??!!没关系,赶紧关注环球新碳,这里开设了石墨烯大讲堂,为大家从零开始讲述生而不凡的新材料之王----石墨烯。

Duang, Duang, Duang!!! 环球新碳石墨烯大讲堂第13期闪亮登台开讲啦!这期的大讲堂主要和小伙伴们分享“石墨烯红外光电探测器”。

红外光电探测器是将入射的不可见的红外辐射信号转变成电信号输出的器件,其在多个行业均有广泛用途。近年来,石墨烯由于具有从紫外至远红外的宽光谱吸收特性、室温下超高的载流子迁移率、良好的机械柔韧性和环境稳定性等优异性能,使其在超宽谱、超快、大面积、柔性和长寿命光电探测器方面极具潜力,引起了国内外对石墨烯光电探测器的广泛研究。那么石墨烯红外光电探测器的类别和发展历程如何呢?

1 近红外(0.76-1um)石墨烯光探测器
石墨烯非凡的电子和光学性质使得石墨烯在光子学和光电学方面具有很大的潜力,但石墨烯较弱的光吸收能力(单原子层光吸收率为2.3%)是阻碍石墨烯光探测器响应率提高的主要原因之一。因此,如何增强石墨烯光吸收是研究人员需要解决的问题。
2012年
Furchi等采用两个布拉格反射镜构成高精度的平面微腔,吸光的石墨烯层夹在镜子中间,光子在底部和顶部镜子之间反弹多次通过石墨烯层,而且,通过调控缓冲层的厚度,将石墨烯置于腔内干涉增强的最大值处,显著提高石墨烯的光吸收率。结构图见图1
2014年
Zhao等报道了与金属光栅结合的石墨烯探测器,由于金属光栅的磁性共振产生了局域强电场,使单层石墨烯的光吸收率显著提高到70%左右。


2 短波红外(1-3um)石墨烯光探测器
对于金属电极的石墨烯探测器而言,光电流仅产生在金属/石墨烯界面处,故增加界面面积可以增大光电流。
2010年
Mueller等通过设计Ti、Pd叉指电极(间距为1um,指宽为250nm),实现了石墨烯探测器对光纤通信波长为1.5um的光响应率达到6.1mA/W。结构见图2
2013年
Wang等提出了石墨烯-硅异质结波导型高响应率光探测器。研究表明,平面耦合波可以显著增强石墨烯与光的相互作用,异质结可以有效地抑制暗电流并增强中红外光吸收。
2014年
Gowda等通过在寡层石墨烯上形成褶皱的简单方法引入缺陷位,显著提高石墨烯探测器的光响应率。


3 中波红外(3-5 um)石墨烯光探测器
在响应高响应率、高速石墨烯红外探测器研究方面,将具有表面等离子体共振效应(SPR)的金属纳米结构耦合到石墨烯表面取得了突破性进展。
2014年
Yao等在石墨烯表面上制作了很多有序排列的端-端耦合的Au等离子体纳米结构,结构图见图3。通过Au的SPR效应可以将吸收的光能转化为等离子体共振,增强局域电场,大大增强光与石墨烯的相互作用,促进了石墨烯内部光生载流子的产生。


4 长波红外(8-12 um)石墨烯光探测器
由于石墨烯小的电子热容和弱的电子-声子耦合作用,导致石墨烯在光照时会引起电子温度的显著变化,从而引起电导率的改变,因此,石墨烯特别适用于制作辐射热计。
2012年
Yan等报道了一种基于双门调控双层石墨烯带隙的热电子辐射热计,其在10K下的相应速率大于1GHz,比商业的硅辐射热计高出3-5个数量级。

5 超宽谱石墨烯光电探测器
宽光谱光探测器在成像、遥感、环境监测、天文探测、光谱分析等领域有广泛而重要的应用。由于石墨烯具有独特的宽光谱光吸收特性,可以吸收从紫外至太赫兹波段的光,引起了科学家在石墨烯超宽谱光电探测器方面的研究兴趣。
2012年
Fang等制备了一种石墨烯/金纳米颗粒/石墨烯三明治结构光探测器,在可见光-近红外区(0.65~0.95 um)实现了高达 5%~20%的内量子效率,最大光响应率达到 13 mA/W 。
2014年
Cao等通过简单的两步法,先将氧化石墨烯(RGO)分散液滴涂在硅线阵列上,而后通过热处理对RGO进行热还原,制得了硅纳米线阵列(SiNW)- RGO 异质结的室温超宽谱光探测器(图4)。该探测器在室温下,首次实现了从可见光(532 nm)到太赫兹波(2.52 THz,118.8 um)的超宽谱光探测。


通过第13期的石墨烯大讲堂,小伙伴们是否已经get到了石墨烯红外光电探测器的类别和发展历程呢?如果你有任何关于石墨烯的问题,都可以给我们留言哦,小编将在接下来的大讲堂里帮大家解疑答惑。
什么,这期没看够??!!别着急,石墨烯大讲堂未完待续,下期更精彩。敬请小伙伴关注,不要错过哦。

参考文献
Furchi M, et al..  Nano Lett, 2012, 12(6).
Zhao B, et al..  Appl Phys Lett, 2014,105(3).
Mueller T, et al.. Nat Photonics, 2010,4(5).
Wang X M, et al..Nat Photonics, 2013, 7(11).
Gowda P, et al.. Appl Mater Inter, 2014, 6(10).
Yan J, et al.. Nat Nanotechnol, 2012, 7(7).
Cao Y, et al.. Small, 2014, 10(12).
关于我们 · 联系我们 · 人才招聘 · 友情链接