研究人员讨论石墨烯灵活的光电探测器

最近的一篇论文发表在杂志上亚博网站下载回顾了最近的事态发展在石墨烯柔性光电探测器(PDs)。

研究:最近的进展石墨烯灵活的光电探测器。图片来源:视觉代/ Shutterstock.com

背景

PDs是一个常见的光电设备广泛用于多个应用程序。功能材料通常用于传统P亚博网站下载Ds演示高刚性,大大影响了PDs的性能在弯曲或伸展。

因此,开发新的灵活的PDs可折叠、可弯曲功能问题受到越来越多的重视,专门为植入式的制造,可穿戴光电设备。

石墨烯特殊的光学和电子性能沉积在不同的刚性和柔性基板作为透明导电薄膜在PDs显示巨大的潜力。近年来,一些研究进行增强石墨烯PDs的性能,其中很多专注于改善石墨烯导电性能的电影,因为这些电影严重影响设备的整体性能。

在这项研究中,研究人员回顾了最近的事态发展在石墨烯导电薄膜的光电探测,PDs all-graphene灵活,和高性能graphene-hybrid PDs,讨论了未来的应用PDs的灵活的可穿戴电子产品。

隙值的各种二维材料和相应的检测范围。亚博网站下载检测范围和二维材料石墨烯的性质。图片来源:他,L et al .,材料亚博网站下载

透明导电石墨烯薄膜

石墨烯透明导电薄膜在光电检测必须高效和制服没有聚集在衬底上。化学汽相淀积(CVD)可以作为有效的大面积石墨烯薄膜的制备技术。

最近,一种新的CVD技术开发的合成大面积石墨烯薄膜。该方法有别于传统的CVD过程需要温度高于1000^o为完整的石墨烯制备C。

高温会导致大量的非晶碳的沉积在石墨烯表面污染物,导致石墨烯薄膜的“内在污染”,这极大地影响石墨烯的性能。

在这个新的CVD方法,聚碳酸酯和蓝宝石作为基质,而熔融镓作为催化剂。传统的高温要求石墨烯制备方法可以消除使用这种方法需要50^oC温度石墨烯做准备。

透明导电石墨烯薄膜的转移

准备了高质量的石墨烯的转移到目标底物适合PDs实现大规模生产石墨烯薄膜是至关重要的。然而,在转移过程中,一些杂质沉积在石墨烯薄膜表面,导致表面污染,PD的性能产生不利影响。此外,传输效率是减少传输过程中石墨烯容易形成缺陷,折叠或皱纹。

间接转移法,一种载体材料用作支持层的石墨烯转移期间增长目标底物衬底,然后材料是通过化学或物理的方法。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)是常用的为载体。使用间接转移方法可以获得高质量的石墨烯通过仔细选择承运人和持续优化的转移过程。

在直接传输过程中,石墨烯是直接连接到目标底物由生长衬底剥离电影不需要任何载体材料。石墨烯薄膜损伤率显著下降直接传输方法相比,间接转让的裂缝并不在脱胶过程中介绍了石墨烯。

然而,粘附层间可能会影响石墨烯的性能在直接传输过程中,可以通过直接将石墨烯转移到预防目标不使用聚合物基质。

All-Graphene灵活PDs

第一个all-graphene PD是准备使用石墨烯作为吸光层。随后,一种不含金属的低温plasma-enhanced CVD方法被用来准备一个all-graphene PD在可见范围探测能力和响应率高。

然而,石墨烯具有一个有限的外部量子效率(EQE),光吸收能力,因为它缺乏一个能带和吸收整个电磁波谱由于其光吸收系数很低。

异质结构重组、共振腔增强和等离子体增强可用于提高石墨烯PD的性能。集成波导PD捏造使用metal-doped石墨烯了宽光谱带宽、高速度和高响应性。设备统一回应在1450到1590纳米的照明。基于多相复合石墨烯混合PDs或掺杂等显示显著提高特定的探测能力和反应性。

石墨烯混合PDs

卤化物Perovskite-Type石墨烯异质结构PDs

钙钛矿材料显示优越的光亚博网站下载吸收特性。例如,铯卤化铅(CsPbX3)钙钛矿晶体光致发光的特点是1至29 ns辐射,高量子产量的90%,广泛的色域覆盖140%的美国国家电视标准委员会(NTSC)颜色标准,和窄的发射谱线宽度。

Halide-type钙钛矿材料是专门研究高效亚博网站下载吸光材料在光电设备由于其优良的光学性质。在一项研究中,一个灵活的钙钛矿/石墨烯混合信道场效应晶体管结构制备和评估。装配式光电晶体管显示高度敏感和可见光谱窄光响应。

全碳PDs

半导体C₆₀一种低维碳材料,显示相当大的吸收紫外线(UV)的近红外(IR)地区。C中能带₆₀防止低噪声光电检测和允许暗电流的抑制中观察到石墨烯由于缺乏隙。

这个碳材料可以用于多个应用程序在低成本柔性光电设备,它具有优异的机械和光电特性。因此,石墨烯和C的组合₆₀可以克服all-graphene PDs的缺点,而C的独特的半导体特性₆₀可以提高全碳灵活PDs的性能。

单壁碳纳米管(SWCNTs)也可以用于制造高性能全碳PDs由于其高流动性和开/关比10⁵。例如,SWCNT-graphene heterostructure-based薄膜晶体管可以20%应变下显示很高的透明度和较高的机械强度。

石墨烯/过渡金属卤化物Heterostructure-Based PDs

自动薄垂直异质结构显示的巨大潜力光电应用由于其透明度和灵活性。二维(2 d)过渡金属dichalcogenides (tmd),特别是分层材料平面外键较弱,强大的平面结合,特殊的光电性质,和机械的灵活性,通常用于制造这些异质结构亚博网站下载。

这些分层材料窄隙、高载流子迁亚博网站下载移率展示强劲件轻松事交互。因此,这些二维晶体材料的堆积与广泛的光学性质和石墨烯可以方便的合成高性能的光电设备。

tmd,二硫化钼和二硫化钨调查广泛应用在光电设备制造石墨烯/过渡金属卤化物heterostructure-based PDs,因为它们具有高的化学稳定性和有能隙电磁波谱的可见区域。

在灵活应用PDs可穿戴电子产品

灵活的PD可以放置在皮肤表面形成一个可穿戴的补丁来监测人体健康。同样,一个综合的光电设备组成的一个超薄neural-interfacing电极(一个)和一个弯曲的图像传感器(CurvIS)阵列是由模仿人眼的结构特点和使用一个怪怪的轻声细钼disulfide-graphene异质结构植入人眼视网膜。

异质结构装置更高的反应性比硅光敏二极管类似的厚度,表示其使用在生物医学应用潜力巨大。同样,一种新型的可穿戴纸质PD是最近制作的,可以同时测量紫外线的量和强度。此外,光电信号保持稳定甚至1000年之后弯曲。

结论和未来的前景

石墨烯灵活PDs在物联网有重大的发展前景和可穿戴设备作为石墨烯可以作为一个吸光层和透明导电层。

此外,石墨烯可以结合不同的材料来改善PD和延长其检测的敏感性不仅从紫外光谱中。亚博网站下载石墨烯PDs也可以用于其他传感元素,如生物传感器和气体传感器,实现多功能传感。

然而,还需要更多的研究来深入研究垂直的电荷转移和改善PD的整体性能。此外,现有的成本和复杂性问题必须解决石墨烯薄膜制备方法。

源

他,L。刘,R。,胡锦涛,K。et al。最近的进展石墨烯灵活的光电探测器。亚博网站下载2022年。https://www.mdpi.com/1996-1944/15/14/4820

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