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基于多電極結構的石墨烯熱電太赫茲探測器研究取得重要進展

石墨烯太赫茲探測器受限于材料的低開關比和弱飽和特性,難以在太赫茲波段獲得較高的器件響應。基于熱電子原理的石墨烯器件具有較寬波段的吸收能力,有望突破基于傳統混頻原理對器件制備工藝的嚴格要求,有利于大面積的器件集成。

在國家重點研發計劃項目支持下,中國科學院上海技術物理研究所、紅外物理國家重點實驗室陸衛、陳效雙、王林、陳剛及合作者們避開了傳統器件的設計思路,采用四端電阻結構實現對不同器件的電極互連(如圖所示),研究發現了通過電極之間的互連産生類似于三極管的器件開關性能。同時,研究人員通過電極之間的偏壓效應産生石墨烯溝道的非對稱光電流,在偏壓作用下器件光電流呈現出線性上升的趨勢,産生光電流增益,對應器件響應出現數量級的提高。此外,研究表明石墨烯和金屬接觸位置的局域場可以驅動非平衡載流子,誘導石墨烯溝道載流子分布的變化,在偏壓場作用下器件産生光電導效應,器件響應可以達到280V/W,為當前國際報道的最高值。該項研究工作将為實現便攜式成像系統、人體醫學太赫茲表征設備的核心器件提供嶄新的途徑,該項研究工作于2018年4月18日發表在NPG Asia Materials雜志上。

基于多電極結構的石墨烯熱電太赫茲探測器研究取得重要進展

圖. 四端電阻結構器件及其偏壓場誘導極性反演光電流增強現象

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