半导体石墨烯光电探测器取得新进展

山东大学集成电路学院李虎、宋爱民教授团队在高性能半导体石墨烯光电探测器研究中取得重要进展。近日，相关研究成果以题为“High-Performance Photodetectors Based on Semiconducting Graphene Nanoribbons”发表在微电子领域知名期刊Nano Letters 。

该工作是宋爱民教授团队今年在Nano Letters发表的第三篇高性能石墨烯微电子器件研究论文（另外两篇见Nano Lett. 2023, 23, 8132−8139、Nano Lett. 2023, 23, 19, 9170–9177）。

摘要：当石墨烯用作光吸收介质时，传感器通常只能表现出mA/W级别的弱光学响应度。团队通过开解单壁碳纳米管制备了具有直接带隙为 1.8 eV 的半导体性石墨烯纳米带，并首次将其用作光吸收层与单晶硅联合构建垂直异质结型光电探测器。

该光电探测器的响应度高达1052 A/W，将之前报道的本征石墨烯异质结光电探测器的响应度提高了约5个数量级，此外探测器同时具备310 μs的超快响应速度、高达3.13 × 1013 Jones的比探测率和超过105 %的外量子效率，均是石墨烯基光电探测器的最佳值。

有趣的是，即使在零偏压下（自驱动），该光电探测器仍表现出了1.04 A/W的高响应度，表明该器件具备碳基材料中少见的自供电光电探测性能。因此该研究为未来高性能光电探测器开辟了一条新的路线。

审核编辑：黄飞