苏州大学电子信息学院jun chen等–高响应等离子体增强石墨烯砷化镓近红外光电探测器

本文制备了Ag纳米粒子（NPs）石墨烯/砷化镓近红外光探测器，并研究了该探测器在近红外光下的光电特性。通过在器件表面旋镀30 nm Ag NPs层，Ag NPs的局部表面等离子体共振(LSPR)可以增强近红外光的吸收，从而提高器件的灵敏度。与不含Ag NPs的器件相比，该器件在808 nm近红外光零偏置电压下的响应率显著提高到96 mA/W(提高了1.6倍)，器件的最大探测率可达4.72 × 10¹¹ cm Hz^1/2W^-1。此外，该装置的响应时间(τ_r)和恢复时间(τ_f)分别为28.21 μs/68.11 μs。与不含Ag NPs的器件相比，该探测器的量子效率从37%提高到84%。这表明石墨烯/砷化镓光电探测器在近红外探测领域具有广阔的应用前景。

图1. 石墨烯/砷化镓光电探测器结构示意图。(a)不含Ag NPs的装置示意图。(b) 含Ag NPs的装置原理图。

图2. (a)单层石墨烯的拉曼光谱。(b)器件表面石墨烯和SiNx的SEM图谱。

图3. (a) Ag NPs的透射电镜(TEM)。(b) Ag NPs透射电镜得到的Ag NPs粒径分布。(c) Ag NPs的吸收光谱。

图4. (a)不含Ag NPs的器件的I-V特性。(b) 含Ag NPs的器件的I-V特性。

图5. (a)两种器件在黑暗和1mW入射光下的I-V特性。(b) 含Ag NPs的器件在反向偏置下的能带图。

图6. 两种器件的性能比较。(a)比较反应性。(b)探测率比较。

图7. 器件在4000Hz零偏置时的频响图(a)不含Ag NPs的器件。(b)含Ag NPs的器件。(c)不含Ag NPs的器件响应时间和恢复时间。(d) 含Ag NPs的器件的响应时间和恢复时间。

图8. (a)不含Ag NPs的器件暗电流拟合图。(b) 含Ag NPs的器件暗电流拟合图。

相关研究成果由苏州大学电子信息学院Jun Chen等人于2023年发表在Materials Science in Semiconductor Processing (https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107331)上。原文：High response plasma-enhanced graphene/GaAs near-infrared photodetector。