【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，集成電路學(xué)院李虎、宋愛民團(tuán)隊(duì)在高性能自驅(qū)動紅外光電探測芯片研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)原創(chuàng)成果以“Superior self-powered infrared photodetector via semiconducting graphene-nanoribbons-based vertical heterojunctions” 為題發(fā)表在應(yīng)用物理領(lǐng)域頂刊Applied Physics Reviews(影響因子12)，集成電路學(xué)院博士研究生孫宇為論文第一作者，王名揚(yáng)、李虎教授為論文通訊作者，山東大學(xué)為論文第一完成單位。
紅外光電探測具有抗干擾性強(qiáng)、目標(biāo)識別能力強(qiáng)、全天候工作、隱蔽性好等特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域都發(fā)揮著越來越重要的作用。其中無需外部額外電源即自主運(yùn)行的自驅(qū)動型光電探測芯片因其獨(dú)特的性能(如能量獨(dú)立性，高靈敏度和穩(wěn)定性等)在紅外探測領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。相比之下，傳統(tǒng)的光電探測芯片，例如硅基或窄帶隙半導(dǎo)體基紅外芯片不僅需要額外的偏置電壓來驅(qū)動分離光生載流子以產(chǎn)生光電流，而且需要額外的制冷系統(tǒng)以降低熱噪音提高響應(yīng)度，因此已經(jīng)難以滿足未來新一代紅外探測芯片低功耗、小尺寸、低成本、高性能等新概念和新要求。
本工作報告了一種基于半導(dǎo)體納米帶薄膜/氧化鋁/單晶硅的新型p-i-n異質(zhì)結(jié)型自驅(qū)動短波紅外光電探測芯片。在異質(zhì)界面所觸發(fā)的的光門控效應(yīng)和內(nèi)置電場的共同作用下，芯片展示了零偏壓下的超高響應(yīng)和探測性能。該光電探測芯片在自驅(qū)動模式時響應(yīng)率高達(dá)75.3A/W，檢測率為7.5×1014Jones，外量子效率接近104%，將同類型硅基芯片的檢測性能提高了創(chuàng)紀(jì)錄的7個數(shù)量級。此外，在常規(guī)驅(qū)動模式下，芯片的響應(yīng)率、檢測率、外量子效率同樣高達(dá)843 A/W、1015Jones和105%，均為目前所報道的最高值。同時，研究還展示了該光電探測芯片在光通信和紅外成像領(lǐng)域的真實(shí)場景應(yīng)用，體現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。
本研究得到了科技部、山東省自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、山東省重大基礎(chǔ)研究、山東省海外優(yōu)青、山東大學(xué)齊魯青年學(xué)者等項(xiàng)目支持。
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