The ability to detect light over a

The ability to detect light over a broad spectral range is central to several technological applications in imaging, sensing, spectroscopy and communication1, 2. Graphene is a promising candidate material for ultra-broadband photodetectors, as its absorption spectrum covers the entire ultraviolet to far-infrared range3, 4. However, the responsivity of graphene-based photodetectors has so far been limited to tens of mA W−1 (refs 5, 6, 7, 8, 9, 10) due to the small optical absorption of a monolayer of carbon atoms. Integration of colloidal quantum dots in the light absorption layer can improve the responsivity of graphene photodetectors to ~1 × 107 A W−1 (ref. 11), but the spectral range of photodetection is reduced because light absorption occurs in the quantum dots. Here, we report an ultra-broadband photodetector design based on a graphene double-layer heterostructure. The detector is a phototransistor consisting of a pair of stacked graphene monolayers (top layer, gate; bottom layer, channel) separated by a thin tunnel barrier. Under optical illumination, photoexcited hot carriers generated in the top layer tunnel into the bottom layer, leading to a charge build-up on the gate and a strong photogating effect on the channel conductance. The devices demonstrated room-temperature photodetection from the visible to the mid-infrared range, with mid-infrared responsivity higher than 1 A W−1, as required by most applications12. These results address key challenges for broadband infrared detectors, and are promising for the development of graphene-based hot-carrier optoelectronic applications.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ความสามารถในการตรวจจับแสงในช่วงสเปกตรัมกว้างคือศูนย์กลางการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีต่าง ๆ ในการถ่ายภาพ ตรวจ วัด สเปกโทรสโกและ communication1, 2 กราฟีนเป็นวัสดุผู้สมัครสัญญาสำหรับบรอดแบนด์เป็นพิเศษ photodetectors ครอบคลุมสเปกตรัมการดูดซึมรังสีอัลตราไวโอเลตทั้งการฟาร์อินฟราเรด range3, 4 อย่างไรก็ตาม responsivity ของ photodetectors ใช้ graphene จนถูกจำกัดการสิบ mA W−1 (refs 5, 6, 7, 8, 9, 10) เนื่องจากการดูดซึมแสงเล็ก monolayer ของอะตอมคาร์บอน รวมจุดควอนตัม colloidal ในชั้นดูดซับแสงที่สามารถปรับปรุง responsivity ของ photodetectors ฟีนไป ~ 1 × 107 A W−1 (อ้างอิงที่ 11), แต่ช่วงสเปกตรัมของ photodetection จะลดลงเนื่องจากการดูดซึมแสงที่เกิดขึ้นในจุดควอนตัม ที่นี่ เรารายงานแบบบรอดแบนด์เป็นพิเศษ photodetector อิง heterostructure แบบดับเบิ้ลเลเยอร์กราฟีน จับเป็น phototransistor ที่ประกอบด้วยคู่ของ graphene ซ้อน monolayers (ชั้นบนสุด ประตู ชั้นล่าง ช่อง) คั่น ด้วยอุปสรรคบางอุโมงค์ ภายใต้แสงไฟส่องสว่าง photoexcited ร้อนผู้สร้างอุโมงค์ชั้นบนลงชั้นล่าง นำไปสู่การสะสมค่าธรรมเนียมบนประตูและผล photogating แข็งแกร่งในการนำพาช่อง อุปกรณ์แสดงอุณหภูมิห้อง photodetection จากการมองเห็นช่วงอินฟราเรดกลาง มีอินฟราเรดกลาง responsivity สูงกว่า 1 A W−1 ตาม applications12 มากที่สุด ผลลัพธ์เหล่านี้รับมือกับความท้าทายสำคัญสำหรับเครื่องตรวจจับอินฟราเรดความเร็วสูง และมีแนวโน้มการพัฒนาโปรแกรมประยุกต์ใช้ graphene optoelectronic-ขนส่ง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ความสามารถในการตรวจจับแสงช่วงสเปกตรัมกว้างเป็นศูนย์กลางของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีหลายในการถ่ายภาพ, การตรวจจับ, สเปกโทรสโกและ communication1 2. แกรฟีนเป็นวัสดุที่ผู้สมัครที่มีแนวโน้มสำหรับตรวจจับแสงอัลตร้าบรอดแบนด์เป็นสเปกตรัมการดูดซึมรังสีอัลตราไวโอเลตครอบคลุมทั้งหมดเพื่อให้ห่างไกล range3 อินฟราเรด 4. อย่างไรก็ตาม responsivity ของแกรฟีนตรวจจับภาพตามได้เพื่อให้ห่างไกลถูก จำกัด ไปนับ mA W-1 (refs 5, 6, 7, 8, 9, 10) เนื่องจากการดูดซึมแสงเล็ก ๆ ของ monolayer ของ อะตอมของคาร์บอน บูรณาการของควอนตัคอลลอยด์ในชั้นดูดกลืนแสงสามารถปรับปรุง responsivity ของแกรฟีนตรวจจับแสงที่จะ ~ 1 × 107 AW-1 (Ref. 11) แต่ช่วงสเปกตรัมของ photodetection จะลดลงเพราะดูดกลืนแสงที่เกิดขึ้นในจุดควอนตัม ที่นี่เรารายงานการออกแบบ photodetector พิเศษบรอดแบนด์อยู่บนพื้นฐานของแกรฟีน heterostructure สองชั้น เครื่องตรวจจับเป็น Phototransistor ประกอบด้วยคู่ของซ้อน monolayers graphene A (ชั้นบนประตู; ชั้นล่างช่อง) คั่นด้วยอุปสรรคอุโมงค์บาง ภายใต้การส่องแสงผู้ให้บริการ photoexcited ร้อนที่เกิดขึ้นในอุโมงค์ชั้นบนลงไปชั้นล่างที่นำไปสู่ค่าใช้จ่ายที่สร้างขึ้นบนประตูและผล photogating ที่แข็งแกร่งในช่องทางสื่อกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์แสดงให้เห็นถึง photodetection อุณหภูมิห้องสามารถมองเห็นได้จากในช่วงกลางอินฟราเรดกับกลางอินฟราเรด responsivity สูงกว่า 1 AW-1 ตามที่กำหนดไว้ applications12 มากที่สุด ผลลัพธ์เหล่านี้รับมือกับความท้าทายที่สำคัญสำหรับการตรวจจับอินฟราเรดความเร็วสูงและมีแนวโน้มสำหรับการพัฒนาของร้อนผู้ให้บริการแอพพลิเค optoelectronic graphene ตาม

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ความสามารถในการตรวจหาไฟ มากกว่าในวงกว้างสเปกตรัมช่วงกลางงานหลายด้านเทคโนโลยีในการถ่ายภาพ sensing และสเปกโทรสโกปี communication1 2 กราฟีนวัสดุหลักเป็นผู้สมัคร photodetectors บรอดแบนด์ Ultra เป็นการดูดซึมสเปกตรัมครอบคลุมทั้ง range3 อัลตราไวโอเลตอินฟราเรดไกล 4 อย่างไรก็ตาม responsivity ของกราฟีนที่ใช้ photodetectors ได้รับเพื่อให้ห่างไกล ( นับมา W − 1 ( อ้างอิงที่ 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ) เนื่องจากการดูดซึมแสงขนาดเล็กของอย่างของอะตอมคาร์บอน การรวมจุดควอนตัมในชั้นการศึกษาการดูดกลืนแสง สามารถปรับปรุง responsivity ของกราฟีน photodetectors ~ 1 × 107 W − 1 ( อ้างอิงที่ 11 ) แต่ในช่วงสเปกตรัมของ photodetection จะลดลงเนื่องจากการดูดกลืนแสงเกิดขึ้นในควอนตัมจุด ที่นี่เรารายงาน Ultra Broadband โฟโตดีเทกเตอร์ออกแบบตามโครงสร้างของกราฟีนสองชั้น . เครื่องตรวจจับเป็นโฟโต้ทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยคู่ซ้อนกันกราฟีน monolayers ( ชั้นบน ประตู ; ด้านล่างชั้น , Channel ) โดยแยกกั้นอุโมงค์บาง ภายใต้รัศมีแสง photoexcited ร้อนผู้ที่เกิดในอุโมงค์ชั้นบนลงชั้นล่าง ทำให้เกิดประจุขึ้นบนประตูและผล photogating ที่แข็งแกร่งในช่องทาง conductance . อุปกรณ์แสดงอุณหภูมิในห้อง photodetection จากมองเห็นช่วงอินฟราเรดกลาง กับ กลางอินฟราเรด responsivity สูงกว่า 1 W − 1 ตามที่ applications12 ที่สุด ผลลัพธ์เหล่านี้ที่อยู่ความท้าทายที่สำคัญสำหรับบรอดแบนด์อินฟราเรดตรวจจับ และมีแนวโน้มในการพัฒนาโปรแกรมประยุกต์ตามกราฟีน Optoelectronic ร้อนพาหะ