近日，中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院微納制造與系統(tǒng)集成研究中心與香港中文大學(xué)、電子科技大學(xué)和重慶理工大學(xué)合作，在基于硅表面的三維石墨烯原位生長(zhǎng)技術(shù)上，取得高性能異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器方面的研究進(jìn)展，相關(guān)內(nèi)容以High-performance Schottky heterojunction photodetector with directly grown graphenenanowalls as electrodes 為題發(fā)表在Nanoscale 期刊上。

　　利用石墨烯作為電極的肖特基結(jié)光電探測(cè)器具有暗電流低、響應(yīng)速度快和正面入射等優(yōu)勢(shì)。然而，二維石墨烯薄膜無(wú)法在硅基襯底實(shí)現(xiàn)原位生長(zhǎng)，石墨烯電極的形成需要采用基于有機(jī)支撐材料的濕法或者干法轉(zhuǎn)移工藝，而轉(zhuǎn)移工藝不可避免的有機(jī)殘留會(huì)造成石墨烯-硅異質(zhì)結(jié)結(jié)界面的污染，降低肖特基勢(shì)壘質(zhì)量，從而影響光電探測(cè)器的光電響應(yīng)；此外，二維石墨烯薄膜生長(zhǎng)所需的金屬催化劑在轉(zhuǎn)移過(guò)程的殘留也會(huì)對(duì)器件質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。三維石墨烯墻是由縱向生長(zhǎng)的多層石墨烯形成的網(wǎng)格互連結(jié)構(gòu)，保留了石墨烯薄膜拉曼特征峰；同時(shí)，三維石墨烯無(wú)需金屬催化，可在硅襯底實(shí)現(xiàn)原位生長(zhǎng)，避免金屬催化劑和轉(zhuǎn)移過(guò)程有機(jī)殘留污染。

　　該研究利用三維石墨烯墻原位生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)的超潔凈硅-石墨烯界面，實(shí)現(xiàn)了高性能的光電探測(cè)器。實(shí)驗(yàn)得到肖特基結(jié)理想因子小于1.2，探測(cè)器的開(kāi)關(guān)比達(dá)到2×107，響應(yīng)度大于0.57A/W，響應(yīng)時(shí)間小于25ms，3dB截止頻率大于8.5kHz，測(cè)試和計(jì)算的比探測(cè)率分別達(dá)到5.88×1013 cm Hz1/2/W 和2.27×1014 cm Hz1/2/W。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)支持。

石墨烯納米墻及其光探測(cè)器結(jié)構(gòu)圖和光探測(cè)器低噪聲電流示意圖