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        界面工程是提高石墨烯光電探測(cè)器性能的有效途徑。本文制備了石墨烯/砷化鎵異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，并在探測(cè)器中插入Al₂O₃隧穿層，通過(guò)直接隧道(DT)和Fowler-Nordheim隧道(FNT)改善了探測(cè)器的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隧穿層的厚度對(duì)光電探測(cè)器的性能有很大的影響。與石墨烯/GaAs光電探測(cè)器相比，石墨烯/ Al₂O₃ (2 nm)/ GaAs光電探測(cè)器在2V偏置下，1 mW/cm²光強(qiáng)下的響應(yīng)率、探測(cè)率和外量子效率分別為0.80 A/W、3.02 × 10¹¹ Jones和306%。同時(shí)，也觀察到快速響應(yīng)(上升/衰減時(shí)間為3 ms/8.6 ms)。本文中光電探測(cè)器性能的提高主要?dú)w功于Al₂O₃隧穿層對(duì)界面狀態(tài)的有效改變以及基于DT和FNT兩種隧道機(jī)制的作用。
 
圖1. (a)石墨烯/GaAs光電探測(cè)器的制作流程圖。(b)石墨烯/GaAs光電探測(cè)器測(cè)試圖。(c)石墨烯在GaAs上轉(zhuǎn)移的拉曼光譜。
 
圖2. (a)不同光功率密度(20-100 mW/ cm²)下635 nm光照下石墨烯/GaAs光電探測(cè)器的I-V和(b) I-T特性。(c)放大和歸一化脈沖響應(yīng)，以評(píng)估光電探測(cè)器的上升和衰減時(shí)間估計(jì)。(d-f) 2V下石墨烯/GaAs光電探測(cè)器的光功率依賴(lài)性R_λ和S (d)， D*和LDR (e)， EQE (f)。
 
圖3. (a)光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。(b) 100 mW/cm²下不同Al₂O₃厚度的光電流曲線。(c) GaAs襯底上沉積的2nm Al₂O₃隧穿層的AFM圖像。(d)石墨烯/Al₂O₃(2nm)/GaAs光電探測(cè)器在300-1100 nm的光譜響應(yīng)。(e)石墨烯/ Al₂O₃ (2nm)/GaAs與石墨烯/GaAs的光電流和(f) I-T對(duì)比圖。(g-i)不同Al₂O₃厚度的石墨烯/GaAs光電探測(cè)器的光功率依賴(lài)性R_λ和S (d)，D*和LDR (e)，EQE (f)。
 
圖4. (a)不同光功率密度(20-100 mW/cm²)635 nm光照下石墨烯/ Al₂O₃ (2 nm)/GaAs光電探測(cè)器的I-V和(b) I-T特性。(c)放大和歸一化脈沖響應(yīng)，以評(píng)估光電探測(cè)器的上升和衰減時(shí)間估計(jì)。(d-f)石墨烯/ Al₂O₃ (2nm)/ GaAs光電探測(cè)器在2V下的光功率依賴(lài)性R_λ和S (d)，D*和LDR (e)，EQE (f)。
 
圖5. (a)石墨烯和n-型GaAs在一定電壓偏壓下的能級(jí)示意圖。(b)在一定電壓偏置下，石墨烯與n-型GaAs之間插入Al₂O₃隧穿層的能級(jí)圖。DT (c)與FNT (d)的擬合曲線。

       相關(guān)研究成果由華南師范大學(xué)半導(dǎo)體科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、廣東省光電功能材料與器件工程技術(shù)研究中心Zixuan Zhao等人于2023年發(fā)表在Surfaces and Interfaces (https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.102909)上。原文：Interface engineering by inserting Al₂O₃ tunneling layer to enhance the performance of graphene/GaAs heterojunction photodetector。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)