多层石墨烯纳米带光电探测器理论与性能分析

编号：SBJS00641

篇名：多层石墨烯纳米带光电探测器理论与性能分析

作者：刘海月[1,2,3] ;牛燕雄[1,2,3] ;尹贻恒[1,2,3] ;丁铭[1] ;杨碧瑶[1,2,3] ;刘帅[1,2,3]

关键词： 石墨烯 纳米带 光电设备 探测

机构： [1]北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191; [2]微纳测控与低维物理教育部重点实验室,北京100191; [3]精密光机电一体化教育部重点实验室,北京100191

摘要： 多层石墨烯具有超宽的光谱吸收范围及独特的光电性能,是制作下一代光电探测器件的理想材料。以石墨烯的带间隧穿理论为基础,提出了一个多层石墨烯纳米带结构的光电探测器模型,纳米带的两端与源极和漏极相连,夹在半导体基质和上下栅极之间。利用这个模型,建立了多层石墨烯纳米带探测器的光电转换机制,讨论了上栅极电压不同时探测器的工作原理,研究了源-漏极间光电流及暗电流与入射光能量的关系,探讨了探测器的偏置电压,耗尽层长度以及带隙取值对暗电流的影响,并分析了不同参数下探测器响应率以及探测率随入射光能量的变化关系。结果表明,探测器的响应率随纳米带层数的增加而增加,受带隙,耗尽层长度和偏置电压的影响,最大的响应率约为10~3 A·W~（-1）;通过限制上栅压,带隙等变量可以控制系统暗电流,增大探测器的探测率,最高探测率约为10~9 cm·Hz~（1/2）·W~（-1）。多层石墨烯纳米带结构可以增强探测器对入射光的吸收,提高探测器的灵敏度以及对弱光的探测能力,实现对太赫兹到远红外波段入射光的有效探测,探测性能远高于许多量子结构和窄带半导体结构的光电探测器。