CN109755333A - 一种基于石墨烯的光电探测器 - Google Patents
一种基于石墨烯的光电探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109755333A CN109755333A CN201910022504.6A CN201910022504A CN109755333A CN 109755333 A CN109755333 A CN 109755333A CN 201910022504 A CN201910022504 A CN 201910022504A CN 109755333 A CN109755333 A CN 109755333A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- comb teeth
- negative
- positive
- graphene
- conducting wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明实施例提供一种基于石墨烯的光电探测器，其特征在于，包括石墨烯纳米带、正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿和负纳米梳齿，所述正纳米梳齿和所述负纳米梳齿搭接在所述石墨烯纳米带上，所述正纳米梳齿通过所述正电极纳米导线与正电极连接，所述负纳米梳齿通过所述负电极纳米导线与负电极连接，所述正纳米梳齿或所述负纳米梳齿中的每个齿包括齿端和齿身，所述齿端的横截宽度大于所述齿身的横截宽度。从而实现了更高的灵敏度和更宽的频谱探测范围。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测领域，具体而言，涉及一种基于石墨烯的纳米级光电探测器。
背景技术
由于红外辐射的波长介于可见光与微波之间，人眼察觉不到。因此，利用红外探测器可以实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并可进行智能分析与判断。在工业自动控制、遥感成像、医学诊断、环境监测、光通信等领域中，红外光电探测技术都是核心技术。另外，随着无线电技术和雷达探测技术的飞速发展，电子和通信设备向着高灵敏度、高频率和多样化的趋势发展，导致军用电子设备的电磁辐射可能被对方侦查。因此，发展新型的光电探测技术是强军强国的重要途径之一。再者，随着红外探测器件的迅速发展、生产成本的下降，红外探测技术也被广泛应用于工业、农业、医学、交通等各个行业，如工厂机器检测、电力在线检测、铁路车辆轴温探测、焊接板材检测、矿产资源勘探、地下矿井测温测气、农作物长势及病虫害监测、环保监测、医学诊断等。但是传统的红外探测器，虽然性能优异，但材料制备困难,且材料在低温下工作，探测器成本高。例如，基于半导体纳米结构的光子红外探测器，受到了探测器材料尺寸等技术因素的制约，此类光电子器件的性能仍不能满足使用需要。
石墨烯是单层碳原子按照蜂窝状结构排列的二维材料，自从实验上被分离出来以后，由于其优异的电子学，光学，热学，力学等性质，引起了全球研究者的极大兴趣。石墨烯与光有强的相互作用。尽管石墨烯的厚度仅为0.33nm，从近红外到可见光波段，悬空的未掺杂石墨烯可以吸收2.3％的垂直入射光，而且在中红外到太赫兹波段，掺杂之后的石墨烯的吸收率可以达到70％。基于石墨烯的光电探测器利用了石墨烯材料的宽光谱吸收特性(紫外至远红外)、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，使得具有超宽谱、超快、非制冷、大面阵、柔性和长寿命等优点，有望打破现有的红外探测瓶颈，为新型红外探测技术提供一个好的研究平台。
现有的光电探测器仅能够单独探测可见光、红外、中红外中的某一波段，并不能同时探测这几个波段。因此，现有的光电探测器能够探测的频谱范围较窄，且灵敏度不够。【Furchi M,Urich A,Pospischil A,et al..Microcavity-integrated graphenephotodetector[J].Nano Lett,2012,12(6):2773-2777】提出了一种石墨烯与法布里-帕罗干涉腔集成制作石墨烯微腔探测器(GMPD)，虽然该结构提高了石墨烯的光吸收，但是只是在近红外范围内提高了光电响应率，并且结构相对复杂。【Konstantatos G,Badioli M,Gaudreau L,et al..Hybrid graphene-quantum dot phototransistors with ultrahighgain[J].Nat Nanotechnol,2012,7(6):363-368】提出了PbS量子点修饰的石墨烯光电探测器。通过控制量子点的尺寸，950nm波长处光响应率达到107A/W。但是也存在一些问题，由于光吸收主要来自于量子点而不是石墨烯，因此探测波段仅限于量子点的光响应波段。CN103633183A提出了了InSb量子点修饰的石墨烯中远红外光电探测器，但是同样存在探测波段受量子点限制的问题。【Mueller T,Xia F,Avouris P.Graphene photodetectors forhigh-speed optical communications[J].Nat Photonics,2010,4(5):297-301】提出了于金属电极的石墨烯探测器，该结构包括计Ti、Pd叉指电极(指间距为1mm，指宽为250nm)，打破了传统的金属-石墨烯-金属探测器结构中使用同一种金属电极时产生的内建电场的镜面对称性，进一步增强了内建电场对载流子的分离作用，增大了光电流。但对于实际应用而言，光响应率仍然偏低，需要其他手段进一步提高探测器的光响应率。并且该结构也未能实现宽光谱范围的光电探测。【Gan X,Shiue R J,Gao Y,et al..Chip-integratedultrafast graphene photodetector with high responsivity[J].Nat.Photonics,2013,7(11):883-887】提出了一种一种芯片波导集成的石墨烯光电探测器，可以实现高响应率、高速光探测，但是，探测器对波长范围主要是短波红外。【Yao Y,Shankar R,RauterP,et al..High-responsivity mid-infrared graphene detectors with antenna-enhanced photocarrier generation and collection[J].Nano Lett,2014,14(7):3749-3754】提出了一种修饰Au等离子体纳米结构的石墨烯红外探测器，该探测器包括很多有序排列的端-端耦合的Au等离子体纳米结构，且该结构可以同时增强探测器的光吸收能力和光生载流子收集效率，但是，光响应率提高的波段仅限于等离子体纳米结构共振波长。不利于实现宽光谱范围的探测。【Qiao H,Yuan J,Xu Z Q,et al..Broadband photodetectorsbased on graphene/Bi2Te3 heterostructure[J].ACS Nano,2015,9(2):1886-1894】提出了一种Bi2Te3与石墨烯无间隙的范德华异质结光电探测器，利用Bi2Te3的窄带隙实现对近红外和短波红外的高响应率探测，但是该探测范围没有达到更宽，不利于现实应用。【ZhangY Z,Liu T,Meng B,et al..Broadband high photoresponse from pure monolayergraphene photodetector[J].Nat.Commun,2013,4:1811-1821】提出了一种在单层石墨烯上引进电子捕获态并将石墨烯在尺寸上量子化打开石墨烯带隙的光电探测器，实现了从可见光(532nm)至长波红外(10mm)的宽光谱、高响应率的光探测，但该探测器制作过程中化学刻蚀引入的缺陷态将会导致光响应速度慢，需要进一步改进。CN106206833A提出了一种基于石墨烯纳米墙/硅的室温红外探测器，但是由于探测器不能实现超高响应率。CN103383976B提出了一种石墨烯增强型InGaAs红外探测器，该结构复杂，制备要求高，可重复性较差。【Cakmakyapan S,Lu P,Navabi A and Jarrahi M.Gold-patched graphenenano-stripes for high-responsivity and ultrafast photodetection from thevisible to infrared regime[J].Light:Science&Applications,2018,7:20】提出了一种金纳米结构修饰的石墨烯纳米带光电探测器，但金梳齿-石墨烯的接触面积有限，不利于进一步增大光电流。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例提供软体作动系统及软体作动器控制方法。
本发明实施例提供一种基于石墨烯的光电探测器，软体作动系统，包括石墨烯纳米带、正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿和负纳米梳齿，所述正纳米梳齿和所述负纳米梳齿搭接在所述石墨烯纳米带上，所述正纳米梳齿通过所述正电极纳米导线与正电极连接，所述负纳米梳齿通过所述负电极纳米导线与负电极连接，所述正纳米梳齿或所述负纳米梳齿中的每个齿包括齿端和齿身，所述齿端的横截宽度大于所述齿身的横截宽度。
进一步地，所述搭接为每个齿的齿端完全与所述石墨烯纳米带接触且每个齿齿身完全与所述石墨烯纳米带不接触，或者每个齿的齿端完全与所述石墨烯纳米带接触且每个齿齿身部分与所述石墨烯纳米带接触。
进一步地，所述光电探测器还包括硅基底和二氧化硅层，所述二氧化硅层覆盖在所述硅基底上，所述石墨烯纳米带、正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿、负纳米梳齿位于所述二氧化硅层上。
进一步地，所述正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿、负纳米梳齿为金属材料。
进一步地，所述正纳米梳齿和负纳米梳齿的材料为金。
进一步地，所述正纳米梳齿或所述负纳米梳齿的材料为金，另一个的材料为另一金属材料。
与现有技术相比，本发明实施例提供的光电探测器能够具有较高的灵敏度和超宽的频谱范围(可见～远红外)。
与现有技术相比，本发明实施例提供的光电探测器带来了以下有益效果：通过设置所述齿端的横截宽度大于所述齿身的横截宽度，使得所述光电探测器能够探测更弱的光信号，提高了灵敏度。由于石墨烯的光吸收特性，所述光电探测器具有更宽的频谱探测范围。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于石墨烯的光电探测器的结构示意图；以及
图2为本发明实施例提供的一种基于石墨烯的光电探测器的横截面结构示意图。
图标：110-正电极；120-负电极；130-正电极纳米导线；140-负电极纳米导线；150-石墨烯纳米带；160-正纳米梳齿；170-负纳米梳齿。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为本发明实施例提供的一种基于石墨烯的光电探测器的结构示意图。所述光电探测器包括正电极110、负电极120、正电极纳米导线130、负电极纳米导线140、石墨烯纳米带150、正纳米梳齿160以及负纳米梳齿170。如图1所示，所述正纳米梳齿和所述负纳米梳齿搭接在所述石墨烯纳米带上，所述正纳米梳齿通过所述正电极纳米导线与正电极连接，所述负纳米梳齿通过所述负电极纳米导线与负电极连接，所述正纳米梳齿或所述负纳米梳齿中的每个齿包括齿端和齿身，所述齿端的横截宽度大于所述齿身的横截宽度。特别地，所述齿端的形状为圆形，所述齿身的形状为条状。值得说明的是，图1中的形状仅作为示例，并不用于限定本发明中的形状。例如，所述齿端的形状还可以是三角形或者椭圆形等，其只要作用是增加接触面积(相比于传统的齿端和齿身宽度相同，或者仅包括条状齿身)。
在一些实施例中，所述搭接为每个齿的齿端完全与所述石墨烯纳米带接触且每个齿齿身完全与所述石墨烯纳米带不接触，或者每个齿的齿端完全与所述石墨烯纳米带接触且每个齿齿身部分与所述石墨烯纳米带接触。
在一些实施例中，所述光电探测器还包括硅基底和二氧化硅层，所述二氧化硅层覆盖在所述硅基底上，所述石墨烯纳米带、正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿、负纳米梳齿位于所述二氧化硅层上。
在一些实施例中，正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿、负纳米梳齿为金属材料。例如，所述正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿、负纳米梳齿的材料为金。又例如，所述正纳米梳齿和所述负纳米梳齿的材料为金；所述正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线的材料可以是金，也可以是其他金属材料。还例如，所述正纳米梳齿或所述负纳米梳齿中的一个的材料为金，另一个的材料为其他金属材料；所述正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线中的任意一个的材料可以与所述正纳米梳齿相同，也可以与所述负纳米梳齿相同，还可以是其他金属材料。
图2为本发明实施例提供的一种基于石墨烯的光电探测器的横截面结构示意图。参考图2和图1，当光照射石墨烯时，使得所述正纳米梳齿和所述负纳米梳齿导通。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
Claims (4)
1.一种基于石墨烯的光电探测器，其特征在于，包括石墨烯纳米带、正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿和负纳米梳齿，所述正纳米梳齿和所述负纳米梳齿搭接在所述石墨烯纳米带上，所述正纳米梳齿通过所述正电极纳米导线与正电极连接，所述负纳米梳齿通过所述负电极纳米导线与负电极连接，所述正纳米梳齿或所述负纳米梳齿中的每个齿包括齿端和齿身，所述齿端的横截宽度大于所述齿身的横截宽度。
2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述搭接为每个齿的齿端完全与所述石墨烯纳米带接触且每个齿齿身完全与所述石墨烯纳米带不接触，或者每个齿的齿端完全与所述石墨烯纳米带接触且每个齿齿身部分与所述石墨烯纳米带接触。
3.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，还包括硅基底和二氧化硅层，所述二氧化硅层覆盖在所述硅基底上，所述石墨烯纳米带、正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿、负纳米梳齿位于所述二氧化硅层上。
4.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述正电极、负电极、正电极纳米导线、负电极纳米导线、正纳米梳齿、负纳米梳齿为金属材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910022504.6A CN109755333A (zh) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | 一种基于石墨烯的光电探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910022504.6A CN109755333A (zh) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | 一种基于石墨烯的光电探测器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109755333A true CN109755333A (zh) | 2019-05-14 |
Family
ID=66404610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910022504.6A Pending CN109755333A (zh) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | 一种基于石墨烯的光电探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109755333A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110311010A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-08 | 西安交通大学 | 一种基于石墨烯纳米带的红外宽光谱探测器 |
| CN111681878A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-09-18 | 深圳瀚光科技有限公司 | 一种光电探测器及其制备方法 |
| CN111799340A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-20 | 闽江学院 | 一种可延展红外探测器及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2369357Y (zh) * | 1999-05-19 | 2000-03-15 | 群翼科技股份有限公司 | 导线架的结合端子结构 |
| CN103681895A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-03-26 | 北京大学 | 一种基于碳纳米管的红外成像探测器及其制备方法 |
| US20150340539A1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-11-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Ultraviolet sensor and electronic device using ultraviolet sensor |
| CN105552160A (zh) * | 2016-03-13 | 2016-05-04 | 浙江理工大学 | 基于金纳米粒子增强氧化镓薄膜的紫外探测器件及其制备方法 |
-
2019
- 2019-01-10 CN CN201910022504.6A patent/CN109755333A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2369357Y (zh) * | 1999-05-19 | 2000-03-15 | 群翼科技股份有限公司 | 导线架的结合端子结构 |
| CN103681895A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-03-26 | 北京大学 | 一种基于碳纳米管的红外成像探测器及其制备方法 |
| US20150340539A1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-11-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Ultraviolet sensor and electronic device using ultraviolet sensor |
| CN105552160A (zh) * | 2016-03-13 | 2016-05-04 | 浙江理工大学 | 基于金纳米粒子增强氧化镓薄膜的紫外探测器件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SEMIH CAKMAKYAPAN等: ""Gold-patched graphene nano-stripes for high-responsivity and ultrafast photodetection from the visible to infrared regime"", 《LIGHT: SCIENCE & APPLICATIONS》 * |
| THOMAS MUELLER等: ""Graphene photodetectors for high-speed optical communications"", 《NATURE PHOTONICS》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110311010A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-08 | 西安交通大学 | 一种基于石墨烯纳米带的红外宽光谱探测器 |
| CN111681878A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-09-18 | 深圳瀚光科技有限公司 | 一种光电探测器及其制备方法 |
| CN111799340A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-20 | 闽江学院 | 一种可延展红外探测器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ezhilmaran et al. | Recent developments in the photodetector applications of Schottky diodes based on 2D materials | |
| CN109755333A (zh) | 一种基于石墨烯的光电探测器 | |
| Donchev et al. | The rectenna device: From theory to practice (a review) | |
| CN109768114A (zh) | 一种基于石墨烯-半导体异质结的位敏感光电探测器 | |
| Wang et al. | Self-powered, superior high gain silicon-based near-infrared photosensing for low-power light communication | |
| CN109755331A (zh) | 一种基于等离激元-光子模式耦合的窄带光电探测器 | |
| CN110137300A (zh) | 一种超薄膜红外宽带热电子光电探测器 | |
| CN110734036B (zh) | 集成于纳米线的片上光谱仪及其探测器阵列的制备方法 | |
| CN109870234A (zh) | 基于第二类外尔半金属二碲化钼的光探测器及其探测方法 | |
| CN103681897B (zh) | 一种红外光电探测器及其制备方法 | |
| Wu et al. | Core–shell silicon nanowire array–Cu nanofilm Schottky junction for a sensitive self-powered near-infrared photodetector | |
| CN110459548B (zh) | 一种基于范德瓦尔斯异质结的光电探测器及其制备方法 | |
| CN105810704B (zh) | 一种广谱成像探测芯片 | |
| KR102101072B1 (ko) | 광 융합형 가스센서, 이의 제조방법 및 가스 감지방법 | |
| Wang et al. | Enhanced Performances of n-ZnO Nanowires/p-Si Heterojunctioned Pyroelectric Near–Infrared Photodetectors via the Plasmonic Effect | |
| CN102136520A (zh) | 太赫兹单光子探测器及其探测方法 | |
| Wu et al. | A synergetic enhancement of localized surface plasmon resonance and photo-induced effect for graphene/GaAs photodetector | |
| Zhang et al. | Construction of n-SnO2 microwire/p-InGaN heterojunction for self-powered and broadband photodetector | |
| Zhu et al. | Skin-like near-infrared ii photodetector with high performance for optical communication, imaging, and proximity sensing | |
| Gundepudi et al. | A review on the role of nanotechnology in the development of near-infrared photodetectors: materials, performance metrics, and potential applications | |
| CN102832289B (zh) | 基于光子频率上转换的太赫兹成像器件、转换方法 | |
| CN106098804B (zh) | 石墨烯/氧化锌单晶基片肖特基结紫外光电探测器及其制备方法 | |
| CN104409555A (zh) | 一种基于石墨烯的紫外感应器及其制备方法 | |
| CN104167451A (zh) | 基于量子点-碳纳米管的红外成像探测器及其制备方法 | |
| CN111446333A (zh) | 一种基于半导体纳米线/石墨烯的近红外自驱动光电探测器的构筑方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190514 |