【量子點，石墨烯光電探測器推動】

明道

【量子點，石墨烯光電探測器推動】

 

 

量子點形成合力石墨檢測光

在西班牙的研究人員已經製造出新的，高靈敏度的光電探測器，石墨烯半導體量子點。

該設備是十億倍比以前的石墨烯為基礎的光電探測器對光就越敏感，可能是各種應用的理想選擇，包括光線感應器和太陽能電池，紅外攝像機夜視和生物醫學成像。

在我們的工作中，我們成功地結合起來，建立完整的新功能的光傳感和光轉換為電能的半導體納米晶體的石墨烯，的耶拉西莫斯Konstantatos說，誰是領導的團隊合作，在光子科學研究所（ ICFO）在巴塞羅那。

特別是，我們正在把我們的光電探測器，超薄和柔性基板上的設備集成到現有的計算機芯片和數碼相機，增加了合作領先的弗蘭克KOPPENS。

石墨烯是只有一個原子厚的蜂巢狀晶格中的碳原子排列的片材。

能找到的材料中使用的一些技術應用在未來甚至可以取代矽作為電子行業的首選材料，由於其獨特的性質。

其中包括非常高的導電性，它配備了約，因為極快的速度，像“狄拉克”沒有靜止質量的粒子與石墨烯在電子颼颼通過。

理想的內量子效率

石墨烯光子學的應用也顯示出巨大的潛力，因為它有一個理想的“內部量子效率” - 幾乎每一個被材料吸收的光子產生電子 - 空穴對，原則上，可以轉換成電流。

由於其“狄拉克”電子，它也可以吸收任何顏色的光。

然而，所有不完美的，因為石墨烯的“外部量子效率”低 - 它吸收的光落在它的不到3％。

另一個問題是，只能提取有用的電流從石墨烯為基礎的設備，有電觸頭與一個優化的“不對稱” - 已被證明難以實現的東西。

Koppens，Konstantatos和同事​​們開始用一塊高品質的石墨從他們獲得的石墨烯片使用了現在著名的“透明膠帶”技術。

這涉及到將一塊膠帶上的石墨樣品，然後折疊和展開的磁帶幾次，直到一些灰色透明件材料石墨原有的黑色和閃亮的片段中可以看出。

接下來，研究人員按用透明膠帶石墨基板上，然後取出磁帶。

解釋說：我們可以看到很多的石墨片不同厚度的基板，尋找那些與最低的對比度 - 這是石墨烯，KOPPENS。

值得注意的是，我們用肉眼可以看到一個原子厚的材料，但由於石墨烯的獨特的互動與光。

雜交與量子點

隊然後用納米級光刻技術，為隨後的電氣測量兩個金電極與石墨烯的樣本。

電極被定位在一個進程與亞微米精度由此金被蒸發到尤其是繪製用於電子顯微鏡的槍的薄片用的抗蝕劑掩模。

接下來的步驟是雜交與膠體半導體量子點，光敏化的碳材料的石墨。

我們選擇了量子點由於其獨特的光電性能，說：Konstantatos。

的材料可以簡單地通過改變納米晶體的尺寸範圍廣泛的光的波長調諧到吸收。

他們還吸收光線非常強烈。

此外，點可以在溶液中進行處理，因此，可以噴霧，旋轉鑄造或噴墨印刷到任何襯底，包括石墨烯，在低溫下，在空氣 - 不可忽視的優點，這會帶來降低成本和簡化製造。

研究人員使用硫化鉛量子點技術的重要短波紅外（SWIR）和近紅外（NIR）範圍內，因為在這些半導體的帶隙可以調整。

量身定制的連接

我們的實驗中涉及到的一個關鍵部分短（約0.2納米）分子交聯的量子點，並附加石墨烯配體交換，解釋說：Konstantatos。

此步驟所需的鈍化在量子點的表面狀態，並因此允許高效充載波傳輸石墨烯和抑制不需要的電子和空穴的複合的 - 這將最終產生的電流的量已經降低了成品的光電檢測器。

他補充說，面臨的挑戰是定制的半導體納米晶體和石墨烯之間的電氣連接，同時保持高品質和出色的導電性，這種材料。

上的石墨烯的量子點的薄膜澱積後，ICFO研究者其特徵在於他們的移動設備，通過將其暴露的光，而在同一時間探測其電阻。

響應微小的光量（幾乎完全黑暗）的光電檢測器，所看到的大的變化，其電阻。

由於該設備的目的是在一個晶體管的安排，有可能通過在柵電極上的電壓變化來改變載流子密度中的石墨烯。

從這些測量中，我們可以非常精確地量化為大於25％的內部量子效率的裝置，因為量子點吸收光的那麼好，而在兩種材料之間的電荷轉移，因為是如此有效，說：KOPPENS。

我們發現，我們也可以優化性能的電壓門上或甚至關閉的回應。

像素化成像技術的這種switchability可能會派上用場。

易彎曲的太陽能電池

今天的許多光子器件依賴於超高效轉換為電能的光，Konstantatos。

我們的檢測可用於數碼相機，夜視和生物醫學成像，以及在傳感應用，其靈活性也意味著它可能是理想的柔韌的太陽能電池，可以放在任何形狀的物體 - 的途徑我們目前正在探討的問題。

球隊現在的計劃，以擴大檢測到大規模的成像陣列。

我們希望在不久的將來，我們的陣列可以形成基於這些，大多數汽車都將配備夜視系統，說：KOPPENS。

研究人員還旨在進一步改善他們的設備，它可以檢測到單光子。

目前的工作是詳細的“自然-納米技術”。

關於作者

百麗Dumé的特約編輯nanotechweb.org

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/may/14/quantum-dots-give-graphene-photodetector-a-boost