高性能石墨烯/硅量子点中红外光电探测器的探索研究

基本信息
批准号:61704150
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:杜思超
学科分类:
依托单位:浙江大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘粒祥,李泠霏
关键词:
光电探测器石墨烯中红外表面等离激元谐振量子点
结项摘要

Communications, imaging, and remote sensing, etc. rely on fast and sensitive photodetectors to convert signals. The unique crystalline and energy-band structure of graphene will play an important role in next-generation high- performance information devices. In this project, in line with the development trend of graphene photodetector, we will carefully consider the thin thickness of graphene/Si-substrate depletion region, and high potential barrier capacitance at their junction, etc.; take the advantage of the weak majority charge-carriers reserving-effect, and the fast reverse-bias recovering-time at graphene/Si- quantum-dots Schottky junction; take the advantage of Schottky barrier to restrain the dark current, thermal excitation at room temperature, and combining the quantum-confinement to enhance signal-to-noise ratio; use the localized surface plasmon resonance of the highly Boron-doped Si-quantum-dots at mid-infrared (3 μm ~ 5 μm) to enhance the light absorption of graphene; bring the fast separation and transport of photo-excited charge-carriers of graphene into play; use both hot carriers multiplication in graphene and avalanche gain in Silicon-substrate to enhance the detectivity; thus break the low speed, narrow operating waveband of the present high-responsive quantum-dots/graphene photodetectors. We will systematically investigate the influence of quantum-dots on the speed and detectivity of graphene photodetector from experiments, and explain its detailed mechanisms. In addition, we will optimize the proposed device structure on the basis above, to fabricate fast and sensitive mid-infrared photodetectors operating at room temperature.

通信、成像、遥感等技术依赖于高速高灵敏的光电探测器转换信号。石墨烯特殊的晶格与能带结构,在新一代高性能信息器件中可发挥重要作用。本项目将根据石墨烯光电探测器的发展趋势,充分考虑到石墨烯硅基耗尽区薄、结区势垒电容大等劣势;利用石墨烯/硅量子点肖特基结多子储存效应小、反向恢复时间快的特点;利用肖特基势垒抑制暗电流、室温热激发,同时结合量子束缚效应提高探测的信噪比;通过硼高掺杂硅量子点在中红外波段(3 μm ~ 5 μm)的表面等离元激发提高石墨烯的光吸收;发挥石墨烯快速分离和输运光生载流子的优势;采用石墨烯热载流子倍增和体硅雪崩增益相结合模式实现探测信号的倍增,突破目前高响应量子点/石墨烯光电探测器低速、响应波段窄的局限。系统的从实验上研究量子点对石墨烯光电探测器响应速度、灵敏度的各种影响,分析并解释其微观机理。在此基础之上设计优化器件结构,实现制备高速高灵敏室温下中红外光电探测的目标。

项目摘要

探索了宏观二维材料红外波段的光与物质相互作用的增强过程,发展了调控二维材料及其异质结中非平衡热载流子的弛豫和收集的方法,形成了若干原创性理论和观点。优化了原型高速高灵敏红外光电探测器件,通过与CMOS光子技术的集成,开发了高分辨红外光子芯片。构建了宏观石墨烯红外宽光谱探测器前端读出集成电路测试平台,建立精确调制的宽光谱光源系统,像素型读出芯片的测试系统、双光子发生脉冲激光单粒子效应测试系统等;新型红外探测器的研制与应用对构建我国太空信息安全,形成快速预警、精确跟踪目标能力,助力构建攻防皆备的空天一体化军事保障体系,具有重要的军事意义和国防价值。基于石墨烯架构的新一代探测器技术及其产品实现将为我国半导体探测器产业及其产品的应用升级带来革命性的技术突破,带来高端工业装备、安全安保领域的技术革命,具有较大的社会价值和经济价值。从基础科学研究角度,聚焦了二维材料红外相机的核心元器件、集成策略等关键技术,以及高效率、低成本图像构建方案,为后续微/小型集成系统演示打好了基础。同时探索并验证了单/少像素成像的构建理论与算法实现以及籍此来实现高效率、极低成本的红外成像与光谱探测技术的可行性。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
2

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
3

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

DOI:10.11834/jrs.20209060
发表时间:2020
4

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

DOI:10.3969/j.issn.1002-0268.2020.03.007
发表时间:2020
5

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

DOI:10.3969/j.issn.1001-8360.2019.08.011
发表时间:2019

杜思超的其他基金

相似国自然基金

1

高性能石墨烯基红外光探测器基础研究

批准号:11474007
批准年份:2014
负责人:戴伦
学科分类:A2004
资助金额:105.00
项目类别:面上项目
2

非致冷正入射吸收量子点中、远红外探测器

批准号:60676036
批准年份:2006
负责人:孟宪权
学科分类:F0403
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
3

硅烯量子点中的表面等离激元研究

批准号:11464023
批准年份:2014
负责人:尹海峰
学科分类:A2202
资助金额:35.00
项目类别:地区科学基金项目
4

氟化石墨烯光电探测器研究

批准号:61405084
批准年份:2014
负责人:王兰喜
学科分类:F0502
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目