基于单壁碳纳米管薄膜的高性能红外光电探测器

成果简介

基于单壁碳纳米管（SWCNTs）的Bolometric光电探测器已经显示出超宽吸收光谱、高电荷载流子迁移率、良好的可加工性和高机械灵活性等优点。然而，它们的检测性能需要改进以满足实际应用的要求。本文，中国科学院金属研究所侯鹏翔副研究员、刘畅研究员等在《Carbon》期刊发表名为“High-performance infrared photodetector based on single-wall carbon nanotube films”的论文，研究基于高质量SWCNT膜制备了柔性红外光电探测器。

该器件在0.2V的偏置电压下显示了高达1.35×108 Jones的超高检测率，并且在空气中的响应时间短至70ms。此外，作者发现检测器的光电流响应与SWCNT网络的结构密切相关。由于占主导地位的声子散射转移，使用高结晶SWCNTs构建的光电探测器测量到了负的光电流，而使用富含缺陷的SWCNTs制造的光电探测器则由于占主导地位的电子跳跃转移检测到了正光电流。该研究结果为高性能单壁碳纳米管薄膜红外光电探测器的构建提供了启示。

图文导读

图1.（a）光学图像显示出良好的柔韧性。（b-d）用532 nm和633 nm激光器激发的HQ-SWCNT薄膜的吸收光谱和RBM拉曼图，其中m-SWCNT为红色，s-SWCNT为蓝色。HQ-SWCNT薄膜的典型（e）SEM和（f）TEM图像。

图2.（a） 显示用悬挂的单壁碳纳米管薄膜构成的光电探测器结构的示意图。（b） 制造的柔性光电探测器的光学图像。（c） 基于HQ-SWCNT的光电探测器的电流-电压特性。（d） 用功率为700毫瓦的10纳米激光照射的基于HQ-SWCNT的光电探测器的光响应和恢复。（e） 基于HQ-SWCNT的光电探测器的D*以及以前报告的数值进行比较。（f） 基于HQ-SWCNT的光电探测器的循环性能。

图3.（a）（b）HQ-和（c）DR-SWCNT薄膜的拉曼光谱和高分辨率XPS C1s曲线。(d) DR-SWCNT的典型SEM图像。(e) 20×20um2区域的IG/ID值的直方图。(f) DR-SWCNTs的TEM图像。

图4：（a）DR-SWCNT薄膜的电流-电压特性。(b) (a)中概述的电流-电压曲线的放大区域。(c) DR-SWCNT薄膜在700纳米激光照射下的光反应曲线。偏置电压为0.2 V，激光功率为23.7 mW。(d) 以前报道的单个CNT（绿色符号）、CNT薄膜（蓝色符号）和本文的HQ-和DR-SWCNT薄膜的光电流方向。

小结

我们构建了基于悬浮SWCNT膜的高性能红外光电探测器。研究结果提高了对SWCNT膜中温度相关电荷输运的理解，并为基于SWCNT薄膜的高性能红外光电探测器的构建提供了有用的提示。