近紅外通訊波段的石墨烯/鍺肖特基結(jié)光電探測器

藍(lán)鎮(zhèn)立，宋軼佶，楊曉生，曾慶平，何峰

（1 中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所 薄膜傳感技術(shù)湖南省國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410111）

（2 高性能智能傳感器及檢測系統(tǒng)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410111）

0 引言

石墨烯是碳原子經(jīng)sp2雜化形成的蜂窩狀單層二維片層材料［1］，它的厚度只有原子尺度（0.35 nm），是當(dāng)前世界上已知最薄的二維材料［2］，由于石墨烯具有良好的電學(xué)和光電性能，它在電源電池［3，4］、電容導(dǎo)體［5，6］、傳感器件［7］、吸波材料［8］、光電器件［9，10］中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，硅材料成本低，在地殼中含量豐富，為光探測提供了一個(gè)通用的平臺(tái)。通過石墨烯和硅半導(dǎo)體材料結(jié)合，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)光探測器［9-14］，入射光可以很容易地穿透石墨烯薄膜，到達(dá)結(jié)區(qū)，激發(fā)的電子-空穴對(duì)被內(nèi)置電場隔開，形成光電流，具有優(yōu)異的光探測性能。

盡管硅基光電探測器已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展，但硅的帶隙是1.12 eV，導(dǎo)致硅基近紅外光探測器的截止波長一般在1.1 μm 左右，其探測波長范圍相對(duì)較窄。為解決這個(gè)問題，研究人員采用帶隙比硅小得多的鍺（Ge）材料，其帶隙為0.67 eV，截止波長一般在1.8 μm 左右，利用Ge 可以探測到更長波段的近紅外光，且Ge具有在近紅外波段吸收系數(shù)大、成本低以及與硅工藝并行處理的良好兼容性等特點(diǎn)［15］。到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了許多不同器件結(jié)構(gòu)的Ge 基紅外探測器，包括金屬-半導(dǎo)體-金屬［16］、p-i-n 型［17］、鍺/硅結(jié)［18］，但高昂的制造成本或復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)等因素阻礙了Ge 基紅外探測器的進(jìn)一步發(fā)展。一種有效的解決方法是鍺與二維（Two Dimensionality，2D）材料結(jié)合組裝形成肖特基結(jié)或異質(zhì)結(jié)［19-20］。……