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碳納米管-石墨烯復(fù)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(yīng)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(fù)合過程，嚴重制約了器件的光響應(yīng)度。課題組從全碳復(fù)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(fù)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(fù)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(yīng)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(yīng)速度達100 μs，比石墨烯-量子點復(fù)合體系的響應(yīng)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(fù)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(yīng)的新奇物理現(xiàn)象提供了一個全新的平臺。