基于石墨烯的晶体管显示出光学技术的前景

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普渡大学,密歇根大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员将石墨烯与(相对大得多的)碳化硅衬底结合在一起,形成石墨烯场效应晶体管,可以通过光激活。这可能导致高灵敏度石墨烯光学器件的发展,这一进步可以将成像和显示器的应用带到传感器和高速通信。

GFET显示出光学技术形象的前景

基于石墨烯的光电探测器的典型问题是它们仅具有对光敏感的小区域,从而限制了它们的性能。“在迄今为止所展示的典型石墨烯光电探测器中,光响应仅来自石墨烯附近特定位置,远小于器件尺寸,”该团队表示。“然而,对于许多光电子器件应用,希望在更大的区域上获得光响应和位置灵敏度”。研究人员正在他们的新工作中解决这个问题。

即使当碳化硅在远离石墨烯的距离处被照射时,该装置也显示出对光的响应。根据照射材料的哪个部分,性能可以提高10倍。新的光电晶体管也是“位置敏感的”,这意味着它可以确定光的来源位置,这对于成像应用和探测器非常重要。

“这是有史以来第一次有人在大型碳化硅晶片上展示使用一小块石墨烯来实现非局部光电探测,因此光线不必撞击石墨烯本身,”研究人员说。

在碳化硅的背面和石墨烯之间施加电压,在碳化硅中建立电场。入射光在碳化硅中产生“光载流子”。半导体与光相互作用 - 当它进入时,器件的一部分变得导电并改变作用在石墨烯上的电场。电场的这种变化也改变了石墨烯本身的电导率,这被检测到。该方法称为场效应照片检测。

与硅基晶体管中的常规半导体不同,碳化硅是“未掺杂的”。未掺杂使得材料成为绝缘体,除非它暴露于光,这暂时使其变为部分导电,从而改变石墨烯上的电场。据该团队称,“这是这项工作的新颖之处”。

该研究涉及开发用于探测辐射的新型石墨烯传感器的工作,并得到了美国国家科学基金会和美国国土安全部的联合资助以及国防威胁减少机构的另一项资助。


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