Photocurrent generation at ABA/ABC lateral junction in tri-layer graphene photodetector
金属-石墨烯-金属光电探测器利用石墨烯/金属结附近产生的光电流，具有高速和宽带操作等优点。在这里，我们报告在ABA/ABC堆叠域结在三层石墨烯的光电流产生与0.18 A/W的响应度。与通常的金属-石墨烯-金属器件不同，光电流在石墨烯通道的中间产生，而不局限于金属电极附近。光电流的大小和方向取决于背栅偏压。理论计算表明，在两个堆叠畴之间存在一个内建的能带偏移，光电流的主要机制是由于Seebeck系数差引起的光热电效应。
2015-09-29 cond-mat.mes-hall
Explicit gain equations for hybrid graphene-quantum-dot photodetectors
石墨烯是用于宽带光电探测的有吸引力的材料，但具有弱的光吸收。用量子点涂覆石墨烯可以显著增强光吸收并产生非常高的光增益。这种高增益通常由经典增益理论来解释，不幸的是，经典增益理论是隐函数，甚至可能是有问题的。在这项工作中，我们设法推导出混合石墨烯量子点光电探测器的显式增益方程。由于功函数失配，在石墨烯上涂覆的硫化铅量子点会在量子点与石墨烯的界面附近形成表面耗尽区。光照射缩小了表面耗尽区，产生了一个光电压，门的石墨烯。结果，观察到石墨烯中的高光增益。从石墨烯的理论栅传输特性和光伏与光照强度的相关性出发，推导出了显式增益方程。导出的显式增益方程与实验数据拟合良好，从中提取的物理参数。
2020-12-03 cond-mat.mes-hall
Highly Sensitive MoS2 Photodetectors with Graphene Contacts
二维材料如石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）是制造适用于柔性基板的超薄电子器件的理想候选材料。尽管基于TMD的光电子器件已经展示出卓越的性能，但可扩展性仍然是一个重要的问题。大多数设备都是使用不适合大规模生产的技术制造的，例如单层薄片的机械剥离和电子束光刻的图案化。在这里，我们展示了通过化学气相沉积生长并通过光刻形成图案的大面积MoS2产生了高灵敏度的光电探测器，在环境条件下具有8.7 × 10^14琼斯的记录散粒噪声限制探测器，当用保护层密封时甚至更高。这些探测率值高于基于剥离的MoS2的光电探测器所报道的最高值。我们研究了具有金电极和石墨烯电极的MoS2器件。具有石墨烯电极的器件具有可调的能带对准，并且对于可扩展的超薄柔性光电子器件特别有吸引力。
2018-03-13 cond-mat.mes-hall
Infrared photodetectors based on graphene van der Waals heterostructures
我们提出并评估了石墨烯层（GL）红外光电探测器（GLIPs）的基础上的范德华（vdW）异质结与辐射吸收GL。GLIPs的操作与从GL价带到GL间势垒以上的连续态的电子光激发（通过隧穿或直接跃迁到连续态）相关联。使用开发的设备模型，我们计算的光电探测器特性的函数的GL-vdW异质结构参数。我们发现，由于相对较大的效率的电子光激发和低捕获效率的电子传播的障碍，在层间GL层，GLIPs应该表现出提高的光电增益和探测器的响应度，以及相对较高的探测率。高速操作的可能性、高导电性、GLIP接触层的透明度以及对垂直入射IR辐射的灵敏度提供了与其它IR光电探测器相比的额外潜在优点。特别是，建议GLIPs可以与unitravelling载波光电探测器。
2016-09-06 cond-mat.mes-hall
Spectral Sensitivity of Graphene/Silicon Heterojunction Photodetectors
我们研究了由化学气相沉积（CVD）石墨烯在n型和p型硅（Si）衬底上制成的二维（2D）肖特基光电二极管异质结的光学性质。在黑暗条件下，与p-Si衬底上的器件相比，在n-Si衬底上制造的二极管观察到更好的整流行为。此外，石墨烯/n-Si光电二极管在DC反向偏置条件下在硅光谱范围内显示出270 mA/W的相当大的响应度。此外，本结果与二硫化钼（MoS 2）/p型硅光电二极管的结果进行了比较。
2015-09-03 cond-mat.mes-hall
Microcavity-integrated graphene photodetector
新型纳米材料与成熟和成熟技术的单片集成大大拓宽了纳米光子学的范围和潜力。例如，将单个半导体量子点集成到光子晶体中已经实现了高效的单光子源。最近，对于使用石墨烯（碳的单原子层）用于光电子器件也存在越来越大的兴趣。然而，作为一种固有的弱光吸收体（仅2.3%的吸收），石墨烯必须被并入高性能的光学谐振器或波导中以增加吸收并充分利用其独特的光学性质。在这里，我们证明了通过将石墨烯与法布里-珀罗微腔单片集成，光吸收增强了26倍，达到> 60%的值。我们提出了一种基于石墨烯的微腔光电探测器，记录响应度为21 mA/W。我们的方法可以应用于各种其他石墨烯器件，如电吸收调制器，可变光衰减器或光发射器，并为石墨烯光子学提供了一条新的途径，具有在通信，安全，传感和光谱学中应用的潜力。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Dynamic Wavelength-Tunable Photodetector Using Subwavelength Graphene Field-Effect Transistors
动态波长可调谐性长期以来一直是光电探测器技术的圣杯。由于其原子厚度和独特的性质，石墨烯开辟了实现这一概念的新范例，但到目前为止，这在实验上还很难实现。在这里，我们采用详细的量子输运模型的光电流在石墨烯场效应晶体管（包括现实的电磁场），以表明波长可调谐性是可能的，通过动态改变栅极电压。我们揭示了这种类型的设备的行为，并显示出显着偏离基于垂直过渡的简单期望的现象。我们发现强聚焦的电磁场在接触边缘超过相同的长度尺度的带弯曲。这两个空间变化的潜力导致增强的非垂直的光学跃迁，甚至主导的声子或杂质散射的情况下。我们还表明，消失的狄拉克点附近的态密度导致接触阻塞和依赖于门的光电流调制。
2017-03-06 cond-mat.mes-hall
Plasmonically enhanced tunable spectrally selective NIR and SWIR photodetector based on intercalation doped nanopatterned multilayer graphene
我们提出了一种光谱选择性近红外（NIR）和短波红外（SWIR）光电探测器的概念证明，该光电探测器基于插层有FeCl $_3$（NPMLG-FeCl $_3$）的纳米图案化多层石墨烯，能够实现石墨烯的大调制p掺杂。在NPMLG-FeCl $_3$中的石墨烯片上的局部表面等离子体（LSP）允许在NIR和SWIR方案中的光电检测从$λ=1.3$ $μ$ m到3 $μ$ m的静电调谐，这超出了纳米图案化单层石墨烯（NPG）的范围。最重要的是，LSP与光学腔一起将吸光度从对于$N$层石墨烯-FeCl $_3$（没有图案化）的约$N\times 2.6$ \%增加到对于NPMLG-FeCl $_3$的接近100\%，其中强吸光度仅局部地发生在石墨烯片内部。我们的NIR和SWIR检测方案依赖于由多层石墨烯（MLG）片的不对称图案化引起的光电效应。在纳米图案化侧上的LSP产生热载流子，其在室温下引起Seebeck光电探测，实现$R=6.15\times 10^3$ V/W的响应度、$D^*=2.3\times 10^{9}$ Jones的探测度和100 ns量级的超快响应时间。我们的理论结果为石墨烯光电探测，光学红外通信，红外彩色显示器和红外光谱在近红外，短波红外，中波长红外（MWIR），和长波红外（LWIR）制度铺平了道路。
2021-11-10 cond-mat.mes-hall
Surface plasmon polariton graphene photodetectors
等离子体纳米粒子和石墨烯的组合增强了基于石墨烯的光电探测器的响应度和光谱选择性。然而，金属-石墨烯结的小面积（其中诱导的电子-空穴对分离）将光活性区域限制在亚微米长度尺度。在这里，我们将石墨烯与等离子体光栅耦合，并利用所产生的表面等离子体激元将收集到的光子传递到金属-石墨烯-金属光电探测器的结区。这导致响应度提高400%，光敏长度增加1000%，并结合可调光谱选择性。表面等离子体激元和入射波之间的干涉引入了新的功能，例如来自接触边缘的光通量吸引或排斥，从而能够定制设计光电探测器的光谱响应。这种结构也可以用于表面等离子体生物传感与直接电读出，消除了复杂的光学需要。
2015-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene vertical cascade interband terahertz and infrared photodetectors
我们提出并评估了垂直级联太赫兹和红外光电探测器的基础上，多个石墨烯层（GL）结构与薄隧道势垒层（由二硫化钨或相关材料制成）。光电探测器操作与从GL中的价带到相邻GL中的导带的级联辐射电子跃迁（带间和GL间跃迁）相关联。本文计算了在较宽的温度范围内，不同GL数和不同掺杂水平的垂直级联带间GL光电探测器（I-GLPD）在不同偏压下的响应率和探测率随光谱的变化关系。我们显示了一个有效的操纵的光谱特性的可能性所施加的电压。光谱特性还取决于GL掺杂水平，这开辟了在多色系统中使用I-GLPD的前景。I-GLPD的优点在于对垂直入射辐射的敏感性、暗电流的温度依赖性弱以及工作速度快。与量子阱子带间光电探测器的比较表明，I-GLD具有更好的室温探测性能和更高的探测速度。垂直级联I-GLD在速度上也可以超过横向p-i-n GLD。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall
Gate Tuning of High-Performance InSe-Based Photodetectors Using Graphene Electrodes
为了提高具有高光响应度的InSe基光电探测器的响应速度，使用石墨烯作为透明电极以修改电极与InSe之间的功函数的差异。正如预期的那样，InSe/石墨烯光电探测器的响应速度降至120 μs，比我们的InSe/金属器件快约40倍。并且还可以通过背栅电压从310 μs到100 μs进行调谐。响应速度快，同时光响应率可达60 AW-1。同时，InSe/石墨烯光电探测器在400-1000 nm处具有宽光谱范围。二维晶体/石墨烯电接触的设计对于高性能光电子器件可能是重要的。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Resonant Dyakonov-Shur Magnetoplasmons in Graphene Terahertz Photodetectors
Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）；L2C (UMR 5221), Université de Montpellier, CNRS（蒙彼利埃大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
研究通过石墨烯TeraFET实现太赫兹频率下磁等离子体共振，揭示单层和双层石墨烯中磁等离子体色散特性，为磁性可编程光子学提供新平台。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall
Efficient graphene-based photodetector with two cavities
我们提出了一种高效的石墨烯基光电探测器与两个法布里-珀罗腔。结果表明，在给定的频率附近，吸收可以达到几乎100%，这取决于两个腔的长度。它还表明，在吸光度的滞后是可能的，与作为外部驱动场工作的反射镜的透射率振幅。非线性贡献的石墨烯的光学磁化率的作用进行了讨论。
2012-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-broadband photodetectors based on epitaxial graphene quantum dots
石墨烯具有热容低、电子-声子耦合弱等优点，是热电子测辐射热计的理想材料。具有量子点收缩的纳米结构化石墨烯产生具有非常高的固有响应度的探测器，在3 K下高于1 × 10^9 V/W。的传感机制是热测量的性质：量子限制间隙导致电子温度的电阻的强烈依赖性。在这里，我们表明，这种量子限制间隙不施加限制的光子能量的光探测和这些量子点测辐射热计工作在一个非常宽的光谱范围内，从太赫兹，通过电信紫外线辐射，与波长无关的响应度。我们还测量响应的功率依赖性。虽然响应度随着功率的增加而降低，但在从1 pW到0.4 nW的宽吸收功率范围内，它保持高于1 × 10^8 V/W。
2017-09-13 cond-mat.mes-hall
On-chip ultrafast plasmonic graphene hot electron bolometric photodetector
我们研究了基于热载流子光测热效应的波导集成等离子体石墨烯光电探测器，其特征在于同时具有数百AW-1量级的高响应度和100 GHz量级的高速。我们发展了一个理论的热辐射效应起源于带的非抛物性的石墨烯和估计的响应度由于热辐射效应被证明显着超过响应度的共存的光电导效应，从而令人信服地证明了热辐射效应的主导地位。基于该理论，我们提出了一种新的检测器配置的基础上的混合波导，允许在短距离内的石墨烯的有效吸收，随后的电导率的大的变化。这些结果证明了石墨烯在高速通信系统中的潜力。
2020-02-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene-Quantum Dots Hybrid Photodetectors with Low Dark-Current Readout
基于石墨烯的光电探测器已经显示出高达10 $^8$ A/W的响应度和高达10 $^{8}$电子/光子的光电导增益。这些光电探测器依赖于紧密靠近石墨烯的高吸收层，其在吸收时引起石墨烯化学势的偏移，从而修改其沟道电阻。然而，由于石墨烯的半金属性质，读出需要数百$μ$ A至mA的暗电流，导致器件操作所需的高功耗。在这里，我们提出了一种新的方法，高度响应的石墨烯基光电探测器的数量级较低的暗电流水平。由胶体量子点层中的光吸收引起的石墨烯化学势的偏移引起流过金属-绝缘体-石墨烯二极管结构的电流的变化。由于石墨烯在中性点附近的状态密度较低，光诱导的化学势偏移可能相对较大，从而显著改变流过绝缘势垒的电流量，并产生新型增益机制。这种读出需要数百nA到几个$μ$ A的暗电流，比其他基于石墨烯的光电探测器低几个数量级，同时在红外线中保持$\sim$ 70 A/W的响应度，与已建立的硅上锗和砷化铟镓红外光电探测器相比几乎高两个数量级。这使得该器件对于需要高响应度和低功耗的应用具有吸引力。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultrafast graphene photodetector
石墨烯的电子性质是独特的，并吸引了越来越多的关注，这种新的二维系统。它的光子特性同样令人印象深刻。例如，这个单原子层通过直接带间跃迁在非常宽的波长范围内吸收相当大一部分光（~2.3%）。然而，虽然在电子学中的应用正在被大力追求，但光子应用并没有引起太多的关注。在这里，我们报告超快光电流响应测量石墨烯（单层和多层）场效应晶体管（FET）高达40 GHz的光强度调制频率，使用1.55微米的激发激光。在最高测量频率下没有观察到光响应退化，证明了在光子学中使用石墨烯的可行性和独特优势。进一步的分析表明，这种基于石墨烯FET的光电探测器的固有带宽可以超过500 GHz。最值得注意的是，这种石墨烯光电探测器中的光载流子的产生和传输与目前已知的半导体光电探测器中的光载流子的产生和传输根本不同，导致显著高的带宽、零源极-漏极偏置（因此零暗电流）操作和良好的内部量子效率。
2009-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Waveguide-integrated, plasmonic enhanced graphene photodetectors
我们提出了一个微米级的，片上集成的，等离子体增强型石墨烯光电探测器（GPD）的电信波长工作在零暗电流。GPD的设计和优化直接产生光电压，并具有外部响应度~12.2V/W，3dB带宽~ 42 GHz。我们利用金分裂栅与$\sim$ 100 nm的间隙静电创建一个p-n结，同时引导表面等离子体极化激元间隙模式。这增加了光-石墨烯相互作用和光吸收，并导致GPD通道上的电子温度增加和温度梯度更陡。这为用于Tele和Telecom模块中的接收器的紧凑、片上集成、高能效的石墨烯光电探测器铺平了道路
2019-05-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Visible and infrared photocurrent enhancement in a graphene-silicon Schottky photodetector through surface-states and electric field engineering
高效的石墨烯-硅（GSi）肖特基结光电探测器的设计需要详细了解的光响应的空间起源。扫描光电流显微镜（SPM）的研究已经进行了在可见光波长区域，其中由于硅的响应是占主导地位的。在这里，我们提出了比较SPM的研究，在可见光（$λ$ = 633 nm）和红外（$λ$ = 1550 nm）波长区域的GSi肖特基结光电探测器架构的数量，揭示了硅和石墨烯为主的响应，分别的光响应机制，并证明了静电对设备性能的影响。与石墨烯-硅结的本体相比，石墨烯边缘处的局部电场增强导致光响应增加十倍以上。这种石墨烯边缘的有意设计和图案化被证明是提高器件整体光响应的有效策略。补充模拟和建模阐明了观察到的效果，并强调了在器件设计中考虑石墨烯的形状和图案以及器件几何形状的重要性。
2019-01-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Comparative Analysis of Room Temperature Plasmonic Graphene Hot Electron Bolometric Photodetectors
我们评估了一种基于热载流子光测热效应的波导集成等离子体石墨烯光电探测器，其性能同时具有高响应度，在数百AW-1的范围内，以及在100 GHz的范围内的高速。性能评估是基于石墨烯的能带非抛物线性产生的测热效应的理论。结果与最先进的等离子体激元测辐射热光电探测器相比毫不逊色，预测响应度增加多达两个数量级，同时保持速度在同一水平上，由石墨烯中的电子晶格散射时间定义。
2020-08-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Highly Sensitive, Fast Graphene Photodetector with Responsivity $>10^6$ A/W Using Floating Quantum Well Gate
石墨烯由于其零带隙的电子结构，有望作为超宽带光电探测应用的吸收材料。然而，基于石墨烯吸收的检测器由于弱吸收和快速光载流子复合而固有地遭受差的响应度，限制了它们用于低强度光检测的可行性。在这里，我们使用石墨烯/WS $_2$ /MoS $_2$垂直异质结来展示高度灵敏的光电探测器，其中石墨烯层具有双重目的，即作为光吸收层，也作为载流子传导通道，从而保持光电探测器的宽带性质。石墨烯中的一部分光电子遇到超快的层间转移到浮动单层MoS $_2$量子阱，提供强的量子限制光电门效应。光电探测器在30 fW入射功率下显示出$4.4\times 10^6$ A/W的响应度，优于迄今为止报道的光电探测器，其中石墨烯被用作光吸收材料几个数量级。此外，所提出的光电探测器表现出极低的噪声等效功率（$N\!E\!P$）的$<4$ fW/ $\sqrt{Hz}$和快速响应（$\sim$毫秒）与零联想光电流。这一发现对石墨烯基高灵敏、快速、宽带光电检测技术的示范具有吸引力。
2019-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
UV Light Detection from CdS Nanocrystal Sensitized Graphene Photodetectors at kHz Frequencies
我们制作了基于胶体CdS纳米晶和石墨烯的紫外敏感光电探测器。纳米晶体充当敏化剂层，其改善光捕获，导致检测器的高响应度。尽管光生电荷的弛豫速度很慢，但更快的过程可以检测到重复频率高达2 kHz的脉冲。我们已经进行了时间分辨分析的过程中发生在我们的混合系统，并讨论可能的光诱导电荷转移机制。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Silicon-On-Insulator (GSOI) Schottky Diode Photodetectors
石墨烯-硅（GS）肖特基结已被证明是用于光电探测的有效结构。然而，对于波长$λ>$ 500 nm，这种用于自由空间光检测的装置的响应速度迄今为止被限制在10 -100 kHz。在这里，我们展示了石墨烯-硅肖特基结光电探测器上的绝缘体上硅衬底（SOI）的响应速度接近1 GHz，归因于光活性硅层的厚度减少到10 $μ$ m，并与它的速度限制扩散电流的抑制。石墨烯-硅-绝缘体光电探测器（GSOI-PD）的响应速度上的波长的影响可以忽略不计，只有一个适度的妥协，在体硅上制作的GS结的响应率相比。在室温下，GSOI光电探测器的噪声等效功率（NEP）和比探测率（$^*$）分别为14.5pW和7.83 $\times10^{\rm{10}}$ cm Hz $^{\rm{1/2}}$ W $^{\rm{-1}}$.我们进一步证明，GSOI-PD与通过修改表面形貌形成的微光学元件相结合，使工程的光谱和角度响应。
2018-06-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Flexible hybrid graphene/a-Si:H multispectral photodetectors
我们报告了大面积CVD生长的单层和双层石墨烯透明导电电极（TCEs）在非晶硅多光谱光电探测器上的集成。石墨烯的宽带传输导致检测器在λ = 320 nm处的紫外（UV）区域中的光谱响应与具有常规铝掺杂氧化锌（ZnO：Al）电极的参考装置相比增强440%。多光谱光电探测器的最大响应度可以通过外部偏置电压在320 nm至510 nm的波长范围内进行调谐，从而实现对UV至可见光的单像素检测。石墨烯电极进一步实现了聚酰亚胺基板上的完全柔性二极管。在这里，从单层到双层石墨烯的升级将最大光响应度从134 mA $W^{-1}$提升到239 mA $W^{-1}$。由于原子级薄的石墨烯电极，抑制了常规TCE器件中存在的干涉图案。所提出的检测器可能是感兴趣的领域中的UV/VIS光谱学或生物医学和生命科学的应用，其中扩展到UV范围可能是必不可少的。
2017-08-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Terahertz and Infrared Photodetection using p-i-n Multiple-Graphene-Layer Structures
我们建议利用多个石墨烯层结构与横向p-i-n结的太赫兹（THz）和红外（IR）光电探测和证实基于这些结构的光电探测器的操作。使用开发的设备模型，我们计算的检测器的直流响应度和检测作为石墨烯层的数量和几何参数的函数，并表明直流响应度和检测率可以是相当大的，特别是在太赫兹范围的低端在室温下。由于相对高的量子效率和低热生速率，所考虑的光电探测器可以大大超过其他THz和IR探测器。作为太赫兹和红外辐射的调制频率的函数的检测器响应度的计算表明，所提出的光电探测器是非常快的，可以在几十GHz的调制频率下工作。
2009-12-02 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Broadband Photodetectors based on Three-dimensional Dirac Semimetal Cd3As2
由于其广泛的光电和光子应用，如光通信，互连，成像和遥感1，追求在超快响应时间，宽检测波长范围和高灵敏度方面具有极高性能的光检测的努力从未被耗尽。2D狄拉克半金属石墨烯已经显示出向具有高操作速度、宽带响应和有效载流子倍增的高性能光电探测器的优异潜力，这得益于其具有高载流子迁移率和零带隙的线性色散能带结构2 -4。作为石墨烯的三维类似物，Dirac半金属Cd 3As 2处理石墨烯作为光敏材料的所有优点，但作为体材料可能与光具有更强的相互作用，从而增强响应度5，6，这在改善光电探测器的性能方面具有巨大的潜力。在这项工作中，我们报告的实现超快宽带光电探测器的基础上Cd 3As 2。原型金属-Cd_3As_2-金属光电探测器的响应率为5.9 mA/W，响应时间约为6.9 ps，无需任何特殊的器件优化。宽带响应从0.8 eV到2.34 eV的测量与潜在的检测范围可扩展到远红外和太赫兹。系统的研究表明，光电效应在光电流产生中起着重要的作用，类似于石墨烯。我们的研究结果表明，这种新兴的奇异量子材料可以用于具有高灵敏度和高速度（~145 GHz）的光探测，在具有挑战性的中/远红外和THz范围内。
2016-09-02 cond-mat.mes-hall
CMOS-compatible graphene photodetector covering all optical communication bands
光学互连正成为芯片内和芯片间通信链路中电气布线的有吸引力的替代方案。特别地，由于能够在单个芯片上成本有效地集成电子器件和光学器件，与硅互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的集成已经受到相当大的关注。虽然硅能够实现光波导和无源元件，但光电探测需要集成另一种光吸收材料。锗或化合物半导体传统上用于此目的;然而，它们与硅技术的集成面临重大挑战。最近，石墨烯已经成为光电应用（包括光电探测）的可行替代品。在这里，我们展示了一种基于石墨烯的超宽带CMOS兼容光电探测器。我们实现了多千兆赫的操作在所有的光纤通信波段，超出应变锗光电探测器，其响应度是有限的，其带隙的波长范围。我们的工作补充了最近CMOS集成石墨烯电光调制器的演示，为碳基光学互连铺平了道路。
2013-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photocurrent Enhancement of Graphene Photodetectors by Photon Tunneling of Light into Surface Plasmons
我们证明了通过相邻电介质的光子隧穿激发的表面等离子体共振增强了石墨烯光电探测器检测到的光电流。该装置是通过将石墨烯片覆盖在沉积在玻璃上的金膜中的蚀刻间隙上来创建的。检测到的光电流进行比较，为五个不同的激发波长，从nm到nm。与s-偏振光（没有表面等离子体激元共振）相比，用入射p-偏振光（共振表面等离子体激元激发的情况）激发的光电流被显著放大。我们观察到，光电流是更大的较短的波长（s和p-偏振），由于增加光热电流产生更高的阻尼在较短的波长激发的表面等离子体激元。光激发的石墨烯光电探测器的位置相关拉曼光谱分析表明金属边缘附近存在载流子。此外，我们表明，光电流的极性开关的间隙作为入射光穿过间隙移动的斑点。基于石墨烯的光电探测器提供了一种简单的架构，其可以在电介质波导上制造以利用用于检测的倏逝场的等离子体光电流增强。这些器件的应用包括光电检测、光学传感和直接等离子体检测。
2016-10-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic graphene photodetector based on channel photo-thermoelectric effect
我们提出了一种片上CMOS兼容的石墨烯等离子体光电探测器的基础上发生在整个均匀的石墨烯通道的光热电效应（PTE）。所提出的光电探测器结合了长距离介质加载表面等离子体激元（LR-DLSPP）波导与金属条同时作为等离子体激元支撑金属材料和金属电极之一。横向磁（TM）等离子体激元模式的大的平面内分量可以有效地耦合到石墨烯，从而导致整个石墨烯沟道上的大的温度增加，其中最大值位于金属条边缘处。结果表明，在1550 nm的通信波长下，仅用几十μW的输入功率就可以获得超过12000 K的电子温度。即使有诸如石墨烯的熔化温度（T= 4510 K）的限制，在1550 nm的电信波长处也可以实现超过至少200 A/W的响应度。它还表明，在一定的操作条件下，PTE通道光电流可以从光伏和pn结PTE的贡献提供了一种有效的方式，优化整体光电探测器的性能隔离。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Towards Fast Multicolor Photodetectors based on Graphene Contacted Vertical p-GaSe/n-InSe van der Waals Heterostructure
研究了以石墨烯为透明电极，采用层状p型GaSe和n型InSe的垂直范德华异质结光电探测器的电学和光电特性。不仅观察到来自层状GaSe和InSe本身的光电流峰，还观察到层间光跃迁峰，这与第一性原理计算一致。p-n异质结之间的内建电场和石墨烯电极的优势可以有效地分离光生电子-空穴对，从而导致响应时间下降到160 μs。利用垂直层状p-n异质结和石墨烯电极的层间和层内光学跃迁，可以实现基于二维层状材料的高性能多色光电探测器，这对未来的光电子学具有重要意义。
2016-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional graphene optical modulator and photodetector integrated on silicon waveguides
对于光通信，信息以高速率在光信号域和电信号域之间转换。实现这种转换的设备是各种类型的电光调制器和光电探测器。同样重要的这两种类型的光电子器件需要不同的材料，因此使用单一材料组合来实现这两种类型的光电子器件是具有挑战性的，特别是以可以集成在无处不在的硅平台上的方式。石墨烯具有无间隙的能带结构，是一种独特的光电材料，可以实现光电探测和光学调制。在这里，我们展示了一个基于石墨烯的设备，同时提供有效的光学调制和光电探测。石墨烯器件集成在硅波导上，并可通过另一层石墨烯制成的栅极进行调谐，以实现57 mA/W的近红外光电探测响应度和64%的调制深度。这种新颖的多功能器件可能会导致许多前所未有的光电应用。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Graphene photodetectors with a bandwidth larger than 76 GHz fabricated in a 6 inch wafer process line
近年来，数据流量呈指数级增长，预测表明通信基础设施和服务提供商可以解决巨大的市场。然而，现有技术的加工能力、空间和能源消耗是开发这些市场的严重瓶颈。芯片集成光通信系统有望显著改善与当前技术相关的这些问题。目前，哪种材料最适合超快芯片集成通信系统的问题的答案仍然是开放的。在这篇手稿中，我们报告了带宽超过76 GHz的超快石墨烯光电探测器，非常适合每通道速度超过100 GBit/s的通信链路。我们提取的时间尺度，其中在石墨烯中产生的热辐射光响应的上限值为7.2 ps。光电探测器在半导体中试生产线中的6英寸绝缘体上硅晶片上制造，证明了高性能石墨烯基器件的可扩展制造。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Vertically-Illuminated, Resonant-Cavity-Enhanced, Graphene-Silicon Schottky Photodetectors
我们报告垂直照明，谐振腔增强，石墨烯硅肖特基光电探测器（PD）工作在1550 nm。这些利用石墨烯-Si界面处的内部光电发射。为了获得光谱选择性并增强响应度，PD与光学腔集成，从而在共振时产生多次反射，并增强石墨烯的吸收。我们的器件具有依赖于波长的光响应，外部（内部）响应度~ 20 mA/W（0.25A/W）。可以通过改变腔谐振波长来进一步调谐光谱选择性。我们的器件为开发用于自由空间光通信、相干光学断层扫描和光雷达的高响应度混合石墨烯-Si自由空间照明PD铺平了道路
2017-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Negative photoconductivity and hot-carrier bolometric detection of terahertz radiation in graphene-phosphorene hybrid structures
研究了太赫兹辐射对石墨烯（G）-磷（P）混合结构电导率的影响，提出并评价了基于GP沟道的GP-横向二极管（GP-LD）和GP-场效应晶体管（GP-FET）的热载流子非制冷测辐射热光电探测器。GP-LD和GP-FET光电探测器的操作与由于带内跃迁而在G层中吸收的入射辐射引起的载流子加热相关联。载流子加热导致载流子的显著部分迁移到P层中。由于P层中载流子的迁移率相对较低，它们的主要作用与载流子散射的显著增强相关联。GP-FET测辐射热光电探测器的特性由栅极电压有效地控制。GP沟道的强负导电性可以提供与仅具有G沟道的测辐射热计相比高得多的THz热载流子GP-LD和GP-FET测辐射热光电探测器的响应度。
2018-08-28 cond-mat.mes-hall
Graphene photodetector integrated on a photonic crystal defect waveguide
提出了一种基于硅光子晶体缺陷波导的石墨烯光电探测器。光子结构用于将传播光限制在石墨烯层中的狭窄区域中以增强光-物质相互作用。此外，它被用作分裂栅电极，以在光吸收区附近创建pn结。光子晶体缺陷波导允许石墨烯中发生的温度分布到光电压的最佳光电转换，这是由于波导两侧上的附加硅板，与传统的槽波导设计相比，增强了器件响应。实现了4.7 V/W的光响应度和18 GHz的电带宽（设置限制）。在0.4V的中等偏压下，获得了0.17A/W的光电导响应。
2019-03-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Waveguide-integrated black phosphorus photodetector with high responsivity and low dark current
层状二维材料具有新颖的光电特性，非常适合于集成在平面光子电路中。例如，石墨烯已被用于宽带光电探测。然而，由于石墨烯缺乏带隙，石墨烯光电探测器遭受非常高的暗电流。相比之下，层状黑磷是2D材料家族的最新成员，由于其狭窄但有限的带隙，非常适合光电探测器应用。在这里，我们展示了一个门控多层黑磷光电探测器集成在硅光子波导工作在近红外电信波段。与石墨烯器件相比，黑磷光电探测器具有显著的优势，可以在偏压下以非常低的暗电流工作，并在室温下在11.5nm和100 nm厚的器件中分别获得高达135 mA/W和657 mA/W的固有响应度。光电流主要由光伏效应控制，具有超过3 GHz的高响应带宽。
2014-12-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Planar carbon nanotube-graphene hybrid films for high-performance broadband photodetectors
石墨烯因其优异的电子和光学特性而成为光子应用的一种有前途的材料。然而，光响应度受到光激发载流子的低吸收截面和超快复合速率的限制。在这里，我们证明了一个光电导增益$\sim$ 10 $^5$电子每光子在碳纳米管-石墨烯一维-二维混合由于有效的光生载流子的产生和纳米结构内的传输。基于这种杂化膜的宽带光电探测器（覆盖400 ~ 1550 nm）具有大于100 AW $^{-1}$的高光响应率和约100 μs的快速响应时间。超宽带宽、高响应度和快速操作速度的组合为全碳光电子器件的简易和可扩展制造提供了新的机会。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene photodetectors for high-speed optical communications
虽然硅在固态电子学中占据主导地位已有四十多年，但各种新材料已被引入光子学中，以扩大可访问的波长范围并提高光子器件的性能。例如，氮化镓基材料能够实现蓝光和紫外波长的光发射，而高折射率对比度绝缘体上硅有助于实现超密集和CMOS兼容的光子器件。在这里，我们报告了石墨烯（一种二维碳材料）作为10 Gbits/s光学数据链中的光检测元件的首次部署。在这种叉指型金属-石墨烯-金属光电探测器中，采用非对称金属化方案来打破常规石墨烯场效应晶体管沟道中内置电场分布的镜像对称性，从而允许在整个光照射区域内进行有效的光电探测。在1.55 μm波长处获得了6.1mA/W的最大外部光响应度，考虑到材料的厚度小于1 nm，这是一个非常令人印象深刻的值。此外，由于石墨烯独特的能带结构和优异的电子特性，使用这种迷人的材料可以实现具有至少从300 nm到6 μm的超宽工作波长范围的高速光电探测器。
2010-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Responsivity, Large-Area Graphene/MoS2 Flexible Photodetectors
我们提出了用于可见波长的柔性光电探测器（PD），其通过堆叠厘米级化学气相沉积（CVD）单层石墨烯（SLG）和单层CVD MoS 2来制造，两者都湿转移到柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上。其工作机制依赖于从MoS 2到SLG通道的光激发电子的注入。在642 nm处，器件的外部响应度为45.5A/W，内部响应度为570 A/W。这比基于石墨烯和层状材料的体半导体柔性膜和其他柔性PD高至少两个数量级。光电导增益高达4 × 10^5。光电流在0.1-100 uA范围内。该器件是半透明的，在642 nm处只有8%的吸收，并且在弯曲到6 cm的曲率时稳定工作。这些功能和低电压操作（<1V）使它们对可穿戴应用具有吸引力。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards Substrate Engineering of Graphene-Silicon Schottky Diode Photodetectors
石墨烯-硅肖特基二极管光电探测器具有诸如高响应率和高探测率、宽光谱波长操作和高操作速度的有益特性。过去已经采用各种路线和架构来制造器件。器件通常基于在将石墨烯沉积在硅的顶部上以形成石墨烯-硅肖特基结之前通过湿法蚀刻去除硅表面上的氧化硅层。在这项工作中，我们系统地研究了界面氧化层，所采用的制造技术和硅衬底上的石墨烯-硅肖特基二极管光电探测器的光探测能力的影响。在从近紫外到短/中红外辐射的宽波长范围内，辐射强度覆盖超过五个数量级，以及高速操作的设备的适用性的设备的性能进行了研究。结果表明，界面层，根据所需的应用，实际上是有益的，以提高这种设备的光电探测性能。此外，我们证明了硅衬底上的光谱响应和操作速度的影响。所制造的器件在从近UV到短/中红外（热）波长范围的宽光谱波长范围内工作，表现出接近10 $^6$ V/W的高光电压响应和几十纳秒的短上升和下降时间。
2017-06-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Impact of Device Resistances in the Performance of Graphene-based Terahertz Photodetectors
本研究针对器件内部电阻影响石墨烯基太赫兹光电探测器性能的问题，通过双栅结构调控电阻并结合串联电阻模型验证，为提升高迁移率石墨烯光电探测器性能提供了依据。
2024-12-10 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Extraordinary linear dynamic range in laser-defined functionalized graphene photodetectors
基于石墨烯的光电探测器已经证明了机械灵活性、大的工作带宽和宽带光谱响应。然而，它们的线性动态范围（LDR）受到石墨烯的本征载流子动力学的限制，这导致在低入射功率下偏离线性光响应。同时，热载流子的倍增导致光活性区域在几微米的距离上被涂抹，限制了石墨烯在高分辨率应用中的使用。我们提出了一种利用激光辐照在FeCl3插层石墨烯中设计光活性结的新方法。在这些平面结处测量的光电流显示出非凡的线性响应，其LDR值比其他石墨烯器件的LDR值（44 dB）大至少4500倍，同时保持对环境污染的高稳定性，而无需封装。所观察到的光响应是纯粹的光伏，证明完全淬火的热载流子效应。这些结果为设计具有前所未有的LDR的高清晰度成像和传感器铺平了道路。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Universal reconstructive polarimetry with graphene-metal infrared photodetectors
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Programmable Functional Materials Lab, Center for Neurophysics and Neuromorphic Technologies（可编程功能材料实验室，神经物理与类脑技术中心）；Department of Materials Science and Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学材料科学与工程系）；School of Materials Science and（材料科学与）
本文提出利用常规栅控石墨烯-金属结实现红外重构偏振测量，通过门电压调节偏振对比度，实现光功率和偏振角的测量，并展示了其在不同结构和石墨烯质量下的通用性。
2026-03-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Fast and Highly Sensitive Ionic Polymer Gated WS$_2$-Graphene Photodetectors
石墨烯与异质结构光电探测器中的半导体材料的组合使得能够使用微米级电子器件放大检测飞秒瓦光信号。目前，这种检测器的速度受到长寿命电荷陷阱和不切实际的策略（例如，使用大的栅极电压脉冲）的限制，已经采用这些策略来实现适合于诸如视频帧速率成像的应用的带宽。在这里，我们报告了封装在离子聚合物中的原子薄石墨烯-WS $_2$异质结构光电探测器，它独特地能够在高达1.5 kHz的带宽下工作，同时保持与$10^6$一样大的内部增益。高度移动的离子和纳米级德拜长度的离子聚合物用于筛选电荷陷阱，并在与WS $_2$的界面处在前所未有的范围内调节石墨烯的费米能级。我们观察到一个响应度$R=10^6$ A W $^{-1}$和探测度$D^*=3.8\times10^{11}$ Jones，接近单光子计数器。高响应度和快速响应时间的组合使这些光电探测器适合视频帧速率成像应用。
2017-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene-based Photodetector with Engineered Hot Carrier Cooling Dynamics
Imec；Ghent University–imec（根特大学-imec）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2），西班牙高等科学研究委员会和巴塞尔研究所）；TU Eindhoven（埃因霍温理工大学）；Utrecht University（乌得勒支大学）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）
通过在WSe2-石墨烯-WSe2波导集成光电探测器中引入石墨层的邻近屏蔽，延长热载流子冷却时间，从而将内部光响应度提高约50%。
2026-05-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Graphene Plasmonic Fractal Metamaterials for Broadband Photodetectors
超材料最近建立了一个新的范例，增强光吸收的国家的最先进的光电探测器。在这里，我们展示了宽带，高效，偏振不敏感，和门可调光电探测在室温下在一个新的元器件的基础上金/石墨烯谢尔宾斯基地毯等离子体分形。我们观察到了前所未有的内部量子效率高达100%，从近红外到可见光范围内的光学探测率的上限为$10^{11}$琼斯和增益高达$10^{6}$，这是一个指纹的多个热载流子在石墨烯中光生。此外，我们显示了100倍的增强光电探测由于高度集中（高达石墨烯的$|E/E_{0}|\approx20$的记录因子）的电磁场诱导的电可调多模等离子体激元，空间上的自相似的方式在超颖表面上本地化。我们的研究结果提供了直接洞察的物理过程，石墨烯等离子体分形超材料。所提出的结构代表了一个有前途的路线，实现宽带，紧凑，和主动平台，为未来的光电子器件，包括多波段生物/化学和光传感器。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ferroelectric superdomain controlled graphene plasmon for tunable mid-infrared photodetector with dual-band spectral selectivity
双波段红外光电探测器（DBIP）可以从复杂的场景中区分出所需的信号，因此在威胁预警、遥感和天文学应用中具有很高的期望。然而，传统的高性能DBIP通常基于半导体薄膜，但仍然存在复杂的空间取向、昂贵的生长和冷却要求的挑战。在这里，我们报告了一个可调石墨烯等离子体探测器与双波段红外光谱选择性驱动的铁电超畴。具有纳米级环形形状的周期性铁电极化阵列为单层石墨烯的空间掺杂提供了连续的静电场，以形成所需的图案，并进一步用于激发和限制本征石墨烯等离子体。我们的器件在3.7-16.3 μ m和15.1-52.1 μ m两个波段都表现出可调谐的共振光响应。数值计算表明，在5-50 μ m范围内，我们的器件具有667-1080 A W-1的室温响应。我们的器件使红外成像系统的应用和物体的静止和运动状态检测成为可能。这些研究为采用简单、低成本、非制冷多光谱探测器阵列构建先进的红外系统提供了一种新的途径。
2022-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Effect of doping on the characteristics of infrared photodetectors based on van der Waals~heterostructures with multiple graphene layers
我们研究了基于范德华异质结构的红外光电探测器的操作与多个石墨烯层（GLS）和n型发射极和集电极接触。这种GL红外光电探测器（GLIP）的操作与电子从GL到势垒层的导带中的连续态的光辅助逃逸相关联，这是由于带间光子吸收、这些电子的传播以及从发射极穿过异质结构注入的电子以及它们由集电极接触的收集。捕获在GLS中的空穴的空间电荷提供了相对强的注入和大的光电增益。我们计算了GLIP响应率和暗电流探测率随入射红外光子能量和结构参数的变化。结果表明，周期性的选择性掺杂的GL间势垒层和GL掺杂导致显着的变化的GLIP光谱特性，特别是附近的带间吸收阈值，而GL的掺杂单独的结果在GLIP探测率的大幅增加。掺杂“工程”为GLIP的优化提供了广泛的机会，使其能够在从近红外到太赫兹的辐射光谱的不同部分中工作。
2017-05-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Spray-Coated Graphene/Quantum Dots Paper-Based Photodetectors
本文提出在纸衬底上结合CVD与喷涂技术制备单层石墨烯-CsPbBr3量子点光电探测器阵列，在405 nm光照、<1V电压下实现520 A/W响应度，展示了纸基泛在电子的可扩展制备潜力。
2023-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly sensitive photodetector based on two-dimensional ferroelectric semiconducting \{beta}-InSe/graphene heterostructure
本研究通过机械剥离制备二维铁电\{beta}-InSe/石墨烯异质结构，利用界面电子转移和光门控效应实现高灵敏度光电探测，响应度达2.12*10^4 A/W，探测率1.73*10^14 Jones，响应时间241微秒，为灵敏光电应用提供优秀材料平台。
2023-05-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Fast multicolor photodetectors based on graphene-contacted p-GaSe/n-InSe van der Waals heterostructures
在多层范德华（vdW）异质结构中集成不同的二维材料为实现高性能光电器件（如光电探测器和光源1 -3）提供了一种有前途的技术。过渡金属二硫属化物，例如MoS 2和WSe 2，已经被用作最近开发的异质结中的光学活性层。然而，MoS 2和WSe 2仅以单层或双层形式成为直接带隙半导体4，5。相比之下，金属单硫族化物InSe和GaSe在从大块晶体到仅几个原子单层厚的剥落薄片的宽范围的层厚度上保留直接带隙6，7。在这里，我们报告基于InSe和GaSe的VDW异质结二极管：两种材料之间的II型能带排列及其独特的光谱响应，结合透明石墨烯电极的低电阻，即使在没有施加外部电压的情况下，也可以有效地分离和提取异质结构中的光激发载流子。我们的器件是快速（< 10 μs）的自驱动光电探测器，具有从紫外到近红外的快速光响应，并且有可能通过创建超越现有技术的小型化光电子学的新路线来加速二维vdW晶体的开发。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Graphene-Quantum Dot Hybrid Photodetectors from 200 mm Wafer Scale Processing
本文展示了200 mm晶圆级工艺平台用于大规模生产GFET-QD混合光电探测器，实现96%高良率、宽光谱高响应度及CMOS集成，验证了红外光电探测器批量制造与成像应用的潜力。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultrafast intrinsic optical-to-electrical conversion dynamics in graphene photodetector
本文通过片上电学读出和氧化锌顶栅设计，在带宽达220 GHz的石墨烯光电探测器中揭示了光热电转换的瞬时提取与费米能级依赖的带内散射调控机制，为超快石墨烯光电子器件提供了关键支撑。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermoelectric graphene photodetectors with sub-nanosecond response times at Terahertz frequencies
超快和灵敏（噪声等效功率<1 nWHz-1/2）太赫兹（THz）频率范围内的光探测（0.1-10 THz）和室温下的THz是诸如气体、复杂分子和冷样品的时间分辨THz光谱、成像、计量、超高速数据通信、量子系统的相干控制、量子光学和捕捉快照的超快动力学，在材料和设备，在纳米级。在这里，我们报告了室温太赫兹纳米接收器，其利用天线耦合石墨烯场效应晶体管与光刻图案化的高带宽（~100 GHz）芯片集成，在3.4太赫兹下以高速（数百ps响应时间）和高灵敏度（噪声等效功率<120 pWHz-1/2）的组合工作。值得注意的是，这是通过各种天线和晶体管架构（单栅极，双栅极）实现的，其工作频率可以扩展到整个0.1-10 THz范围，从而为远红外超快石墨烯阵列的设计铺平了道路，为针对上述应用开辟了具体的前景。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
