1 上海师范大学，上海 200234
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
单层石墨烯具有较低的固有光吸收效率，且材料中含有较多的缺陷，导致仅依靠石墨烯本身很难制备高性能的光电器件。通过石墨烯与半导体材料复合形成异质结构的方法可以克服这一瓶颈。本工作中利用石墨烯/砷化镓高迁移率异质晶体管结构制备了毫米波光电探测器，有效地提升了二维电子气特性，大幅度提高了器件在室温条件下的毫米波响应和探测能力。实验证明，400 mV的偏置电压下，该器件在25 GHz波段的获得了20.6V?W-1响应率，响应时间为9.8 μs，噪声等效功率为3.2×10-10 W?Hz-1/2。在太赫兹波0.12 THz下响应率仍然达到了4.6V?W-1，响应时间为10 μs，噪声等效功率为1.4×10-9 W?Hz-1/2。该工作展示了石墨烯/砷化镓异质结构毫米波太赫兹探测器的巨大应用前景。
砷化镓 石墨烯 太赫兹 异质结构 GaAs-based HEMT HEMT graphene Terahertz heterostructure
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
2 上海师范大学, 上海 200234
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料和器件重点实验室, 上海 200083
4 上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
研究了一种石墨烯/铟砷量子点/砷化镓界面形成的异质结探测器的暗电流特性以及光电响应性质.虽然石墨烯具有很高的电子迁移率, 但受限于较低的光子吸收率, 使其在光电探测领域的应用受到了限制.而半导体量子点具有量子效率高, 光吸收能力强等独特优点.于是利用石墨烯-砷化铟量子点-砷化镓异质结结构制备了一种新型光电探测器.并对该探测器的响应率、I-V特性曲线、暗电流特性、探测率、开关比等关键性能进行了研究.其在637 nm入射光情况下的响应率、探测率以及开关比可分别达到为17.0 mA/W、2.3×1010 cmHz1/2 W-1和1×103.而当入射光为近红外波段的940纳米时, 响应率进一步增加到了207 mA/W.同时, 还证实了该器件的暗电流、肖特基势垒高度和理想因子对温度的都具有较高的依赖性都较强.
石墨烯 砷化镓 量子点 异质结构 肖特基结 Graphene GaAs quantum dots (QDs) heterostructure Schottky junction
1 上海师范大学, 上海 200234
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
3 上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
设计了一种基于SU8介质材料的工作波段为20-30微米范围内的的多层超材料吸收器.该吸收器由金属颗粒周期阵列、介质间隔层和金属底层组成.利用LC模型和FDTD数值模拟方法, 通过对SU8介质层厚度、金属颗粒阵列周期、金属颗粒尺寸等参数的优化, 实现了对20-30微米波段范围内入射波的接近100%的完美吸收.并在上述研究基础上进一步设计了具有双层谐振腔的双模完美吸收器.通过数值模拟发现, 由于SU8介质间隔层厚度的增加, 上下两个谐振吸收器可以分别独立实现对特定波长的完美吸收.相应的特征共振吸收波长符合LC模型的预测.同时, 数值模拟结果进一步证实了共振吸收频率与入射角度无关.该完美吸收机制可以归因于入射光在金属底层-SU8介质层-金属颗粒层所组成的谐振腔内多次反射吸收.
超材料 完美吸收器 远红外 metamaterial perfect absorber far-IR SU8 SU8
