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近日，国际著名学术期刊《Advanced Optical Materials》以封面文章形式“All-Carbon Photodetectors: Highly Sensitive Broadband Single‐Walled Carbon Nanotube Photodetectors Enhanced by Separated Graphene Nanosheets (Advanced Optical Materials 23/2018)”发表了上海交通大学电子信息与电气工程学院薄膜与微细技术教育部重点实验室苏言杰课题组在全碳Van de Waals异质结高性能宽光谱光电探测方面取得的取得了突破性进展。硕士研究生蔡葆昉为论文第一作者，苏言杰副研究员为论文通讯作者。
图1 Advanced Optical Materials封面
半导体性单壁碳纳米管（S-SWCNTs）是一种p型直接带隙半导体材料，且其带隙在0.6-1.2eV之间可调；电子在SWCNTs轴向的传输为弹道式输运，室温下的迁移率高达105cm/Vs；热导率最高可达6000W/mK。而且S-SWCNTs对从UV-vis-NIR整个光谱区都具有良好的光吸收（尤其是近红外区），其光吸收系数比传统III-V族化合物半导体高一个数量级且对光具有极快的响应（飞秒量级）。但是，光生激子在S-SWCNTs网络垂直方向上迁移能力弱，其扩散长度仅几个纳米。如何提升S-SWCNTs网络吸光能力和促进光生激子分离-传输已经成为高性能SWCNTs基光电探测器件研究中亟待解决的问题。
图2 全碳Van de Waals异质结光电响应图
该团队基于S-SWCNTs独特的光电特性和和Graphene的高载流子迁移率特性构筑出了高性能、超薄全碳Van de Waals异质结光电探测器件，这种Van de Waals异质结具有轮廓鲜明的界面和零原子级相互扩散的特点，可以在原子水平上调控光学性质。该论文创新性采用非连续的石墨烯与（6，5）SWCNTs形成Van de Waals异质结，用于降低了暗电流和促进光生载流子的分离与传输。这种新型的全碳Van de Waals异质结光电探测器对405nm-1064nm的光子显示出优异的光电响应，响应率（R）最高可达3275.6 A/W，可探测率(D*)为4.25×1012 cm Hz1/2W-1，响应和恢复时间分别为44 μs和126 μs。同时，该研究组通过将（6, 5）SWCNT/石墨烯的拉曼光谱与器件的I-V曲线结合，进一步揭示了器件中的电荷转移动力学。
该项研究工作得到国家自然科学基金青年项目、面上项目等等资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.201800791
作者：蔡葆昉
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