碳納米管薄膜作為超靈敏光電探測器進(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器，與傳統(tǒng)材料制成的光電探測器相比，該探測器將改進(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器可檢測可見光譜之外的短波紅外光波長子集，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光電探測器價格昂貴，目前對替代光電探測器材料(如s-SWCNT)的研究將理想地降低短波紅外光電探測器的成本，同時提高性能和效率。

來自北京大學(xué)的領(lǐng)先科學(xué)家團(tuán)隊概述了將s-SWCNT薄膜開發(fā)為短波紅外光電探測器的當(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)備和檢測和處理光的應(yīng)用，包括光電探測器。

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、清晰度和陣列對準(zhǔn)。

該團(tuán)隊在3月16日的NanoResearchEnergy雜志上發(fā)表了他們的評論。

“回顧s-SWCNTs薄膜光電探測器的研究進(jìn)展，可以闡明s-SWCNTs薄膜光電探測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。

“我們分三個部分概述了s-SWCNT技術(shù)：(1)s-SWCNT薄膜光電探測器的研究現(xiàn)狀，(2)基于s-SWCNT薄膜光電探測器的單片/三維光電集成的研究現(xiàn)狀和(3)理想的s-SWCNT薄膜光電探測器和光電集成對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薄膜光電探測器的性能。對于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后燒掉s-SWCNT雜質(zhì)，但導(dǎo)致薄膜有許多缺陷。從那時起，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，因為s-SWCNT的不同直徑?jīng)Q定了薄膜可以檢測到哪些波長。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、清晰度和對準(zhǔn)。已經(jīng)開發(fā)了許多方法來生長s-SWCNT薄膜，但沉積和浸涂方法通常因其簡單、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)識到s-SWCNT作為高性能短波紅外探測器的合適材料的潛力，但由InGaAs等材料制成的傳統(tǒng)光電探測器與s-SWCNT薄膜光電探測器之間存在顯著的性能差距。“最終目標(biāo)是優(yōu)化s-SWCNT薄膜光電探測器的性能，使其以更低的成本與商業(yè)光電探測器相媲美，”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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