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通过界面缺陷工程改进氧化石墨烯-半导体结型光电探测器

DOI：10.1021/acsanm.9b00978 期刊：ACS Applied Nano Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 深度耗尽氧化石墨烯-半导体（D2GOS）结型探测器为光探测提供了一种有效架构，能直接读出光生电荷。由于该探测器架构具有与石墨烯高迁移率（μ）成正比的固有增益机制，因而展现出高响应度和信噪比（SNR）。然而，D2GOS结型探测器的极限灵敏度可能受限于半导体/介质结界面态产生的暗电荷。本研究分析了暗电荷导致的性能限制，并通过表面钝化实现低界面缺陷结来展示其抑制效果。所得器件响应度超过10,000 A/W——该数值较未采用钝化热氧化层的同类器件高出10倍。当对探测器进行冷却时，响应度进一步提升至25,000 A/W以上，这凸显了表面载流子产生对性能的影响，从而表明此类光探测器必须最大限度减少界面缺陷。
作者： Isaac Ruiz，Thomas E. Beechem，Sean Smith，Peter Dickens，Elizabeth A. Paisley，Joshua Shank，Stephen W. Howell，Raktim Sarma，Bruce L. Draper，Michael D. Goldflam
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究氧化石墨烯-半导体（D2GOS）结探测器中暗电荷导致的性能限制，并通过表面钝化实现低界面缺陷结来展示其缓解效果。

研究成果

光吸收半导体与介电间隔层边界处的缺陷浓度会显著影响D2GOS光电探测器的性能。通过优化制备工艺或低温淬火来减少缺陷介导的表面载流子产生，可使响应度提升数个数量级，这凸显了该类光电探测器中界面质量的重要性。

研究不足

该研究聚焦于界面缺陷对D2GOS光电探测器性能的影响，但未深入探讨体电荷产生和中性体表面产生等其他因素。此外，研究仅限于硅基器件，其结论可能不直接适用于其他半导体材料。

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