我院王佩剑在微电子领域顶级期刊、IEEE电子器件协会第一旗舰期刊《IEEE Electron Device Letters》发表论文

石墨烯量子点增强的石墨烯/硅深紫外光电探测器

最近，由于在臭氧监测、火焰探测、导弹预警和无线光通讯方面广泛的应用，深紫外（DUV）光电探测器引起了研究人员极大的兴趣。例如，研究人员利用宽禁带半导体金刚石、TiO₂、SnO₂、Ga₂O₃、GaN来制作深紫外光电探测器。但是低响应率、低响应速度和复杂的制备过程等问题仍然存在。特别地，纳米结构制作的困难和现行硅基CMOS技术的不兼容限制了以上材料在阵列化光电探测器中的应用。石墨烯和硅在CMOS后端工艺中的集成为光电探测应用提供了适用于大规模制备的混合功能材料平台，然而在石墨烯/硅结中实现深紫外探测能力的突破仍然存在挑战。

鉴于此，温州大学化学与材料工程学院王佩剑副教授与浙江大学部分合作者对石墨烯量子点敏化的石墨烯/硅光电探测器进行了深入研究。石墨烯量子点可以通过旋涂方式方便地结合到石墨烯/硅肖特基结构上。通过对石墨烯量子点的表征，明确了石墨烯量子点4.43 eV的宽带隙。石墨烯量子点的加入使得石墨烯/硅的肖特基势垒从0.84 eV降低到0.78 eV，理想因子由3.5提升至2.1。在紫外光激发下，电子存留在石墨烯量子点层，而空穴在偏压下在石墨烯层中流通。在280 nm的深紫外光、1 V的偏压下，器件达到了0.21 A/W的响应率，1.13 Jones的比探测率，23.7/47.4 ns的上升/下降时间；并且在负偏压下，表现出雪崩行为；升高偏压下，响应度增加到高达31.4 A/W，展现出优于此前报道的其他纳米材料体系的优异的综合性能。在与现行硅基CMOS工艺可兼容的深紫外探测器件和工艺上展现出很大的潜力。

本论文以“Graphene quantum dots enhanced graphene/Si deep ultraviolet avalanche photodetectors”为题发表在电子微电子领域顶级期刊、IEEE电子器件协会第一旗舰期刊《IEEE Electron Device Letters》上。温州大学化材学院王佩剑副教授为本文通讯作者之一。本研究工作得到国家自然科学基金委（U22A2076, 51902061等）资助完成。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10478681