碳納米管薄膜作為超靈敏光電探測(cè)器進(jìn)展與挑戰(zhàn)

半導(dǎo)體單壁碳納米管(s-SWCNT)正被用于開發(fā)第三代優(yōu)化的短波紅外光電探測(cè)器，與傳統(tǒng)材料制成的光電探測(cè)器相比，該探測(cè)器將改進(jìn)像素尺寸、重量、功耗、性能和成本。

超靈敏短波紅外光電探測(cè)器可檢測(cè)可見光譜之外的短波紅外光波長(zhǎng)子集，具有許多潛在應(yīng)用，包括夜間監(jiān)視、惡劣天氣條件下的導(dǎo)航、光纖通信和半導(dǎo)體質(zhì)量控制。

短波紅外光電探測(cè)器傳統(tǒng)上由III-V族材料制成，例如砷化銦鎵(InGaAs)。然而，InGaAs光電探測(cè)器價(jià)格昂貴，目前對(duì)替代光電探測(cè)器材料(如s-SWCNT)的研究將理想地降低短波紅外光電探測(cè)器的成本，同時(shí)提高性能和效率。

來自北京大學(xué)的領(lǐng)先科學(xué)家團(tuán)隊(duì)概述了將s-SWCNT薄膜開發(fā)為短波紅外光電探測(cè)器的當(dāng)前技術(shù)和挑戰(zhàn)，以促進(jìn)該技術(shù)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。當(dāng)前溶液純化技術(shù)的進(jìn)步將促進(jìn)高純度s-SWCNT薄膜的開發(fā)，適用于大面積、均質(zhì)和高性能的光電設(shè)備和檢測(cè)和處理光的應(yīng)用，包括光電探測(cè)器。

在s-SWCNT薄膜達(dá)到或超過由InGaAs或類似材料制成的傳統(tǒng)、更昂貴的光電探測(cè)器的性能水平之前，必須進(jìn)一步優(yōu)化薄膜純度、厚度、清晰度和陣列對(duì)準(zhǔn)。

該團(tuán)隊(duì)在3月16日的NanoResearchEnergy雜志上發(fā)表了他們的評(píng)論。

“回顧s-SWCNTs薄膜光電探測(cè)器的研究進(jìn)展，可以闡明s-SWCNTs薄膜光電探測(cè)器和光電集成的研究現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和應(yīng)用，”該綜述論文作者之一、學(xué)院副教授王勝說。北京大學(xué)電子學(xué)博士，中國。

“我們分三個(gè)部分概述了s-SWCNT技術(shù)：(1)s-SWCNT薄膜光電探測(cè)器的研究現(xiàn)狀，(2)基于s-SWCNT薄膜光電探測(cè)器的單片/三維光電集成的研究現(xiàn)狀和(3)理想的s-SWCNT薄膜光電探測(cè)器和光電集成對(duì)s-SWCNT薄膜和器件結(jié)構(gòu)的要求，”Wang說。

“該領(lǐng)域的下一步是通過優(yōu)化s-SWCNT薄膜和器件結(jié)構(gòu)來提高s-SWCNT薄膜光電探測(cè)器的性能。對(duì)于s-SWCNT薄膜優(yōu)化，需要均勻的s-SWCNT薄膜的半導(dǎo)體純度大于99.9999%，”Wang說。

達(dá)到這些純度水平并非易事。早期的純化方法試圖在薄膜生長(zhǎng)后燒掉s-SWCNT雜質(zhì)，但導(dǎo)致薄膜有許多缺陷。從那時(shí)起，共軛聚合物不僅被用于從雜質(zhì)中純化s-SWCNT，而且還通過它們的直徑進(jìn)行純化，因?yàn)閟-SWCNT的不同直徑?jīng)Q定了薄膜可以檢測(cè)到哪些波長(zhǎng)。最近，分選過程已達(dá)到高性能電子產(chǎn)品所需的s-SWCNT純度水平。

s-SWCNT薄膜制備也需要優(yōu)化，包括厚度、清晰度和對(duì)準(zhǔn)。已經(jīng)開發(fā)了許多方法來生長(zhǎng)s-SWCNT薄膜，但沉積和浸涂方法通常因其簡(jiǎn)單、穩(wěn)定和產(chǎn)生的均勻薄膜而受到青睞。一種可擴(kuò)展且高效的浸涂方法通過簡(jiǎn)單地修改基板從分散的s-SWCNT的有機(jī)溶劑中提起的次數(shù)和每次提起的速度來控制s-SWCNT沉積。

電子領(lǐng)域認(rèn)識(shí)到s-SWCNT作為高性能短波紅外探測(cè)器的合適材料的潛力，但由InGaAs等材料制成的傳統(tǒng)光電探測(cè)器與s-SWCNT薄膜光電探測(cè)器之間存在顯著的性能差距。“最終目標(biāo)是優(yōu)化s-SWCNT薄膜光電探測(cè)器的性能，使其以更低的成本與商業(yè)光電探測(cè)器相媲美，”Wang說。

研究人員認(rèn)為，這種性能的提高和成本的降低將導(dǎo)致更多的短波紅外光電探測(cè)器薄膜集成到設(shè)備中，并在未來開發(fā)新的光電應(yīng)用。該領(lǐng)域還渴望將高性能碳納米管集成到電路中。

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