本文制備了Ag納米粒子（NPs）石墨烯/砷化鎵近紅外光探測(cè)器，并研究了該探測(cè)器在近紅外光下的光電特性。通過(guò)在器件表面旋鍍30 nm Ag NPs層，Ag NPs的局部表面等離子體共振(LSPR)可以增強(qiáng)近紅外光的吸收，從而提高器件的靈敏度。與不含Ag NPs的器件相比，該器件在808 nm近紅外光零偏置電壓下的響應(yīng)率顯著提高到96 mA/W(提高了1.6倍)，器件的最大探測(cè)率可達(dá)4.72 × 10
11 cm Hz
1/2W
-1。此外，該裝置的響應(yīng)時(shí)間(τ
r)和恢復(fù)時(shí)間(τ
f)分別為28.21 μs/68.11 μs。與不含Ag NPs的器件相比，該探測(cè)器的量子效率從37%提高到84%。這表明石墨烯/砷化鎵光電探測(cè)器在近紅外探測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖1. 石墨烯/砷化鎵光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。(a)不含Ag NPs的裝置示意圖。(b) 含Ag NPs的裝置原理圖。
圖2. (a)單層石墨烯的拉曼光譜。(b)器件表面石墨烯和SiNx的SEM圖譜。
圖3. (a) Ag NPs的透射電鏡(TEM)。(b) Ag NPs透射電鏡得到的Ag NPs粒徑分布。(c) Ag NPs的吸收光譜。
圖4. (a)不含Ag NPs的器件的I-V特性。(b) 含Ag NPs的器件的I-V特性。
圖5. (a)兩種器件在黑暗和1mW入射光下的I-V特性。(b) 含Ag NPs的器件在反向偏置下的能帶圖。
圖6. 兩種器件的性能比較。(a)比較反應(yīng)性。(b)探測(cè)率比較。
圖7. 器件在4000Hz零偏置時(shí)的頻響圖(a)不含Ag NPs的器件。(b)含Ag NPs的器件。(c)不含Ag NPs的器件響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。(d) 含Ag NPs的器件的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。
圖8. (a)不含Ag NPs的器件暗電流擬合圖。(b) 含Ag NPs的器件暗電流擬合圖。
相關(guān)研究成果由蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院Jun Chen等人于2023年發(fā)表在Materials Science in Semiconductor Processing (https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107331)上。原文：High response plasma-enhanced graphene/GaAs near-infrared photodetector。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
