Фотодетекторы на основе графена

Для чего используются фотодетекторы? Какие свойства графена могут быть важны для их производства? И каковы перспективы применения этого материала? Об этом рассказывает доктор технических наук Томас Мюллер.

Фотодетекторы используются для превращения света в электрические сигналы в самых разнообразных приложениях, среди которых, например, оптическая коммуникация и спектроскопия. Обычно фотодетекторы делаются на основе полупроводников, например кремния или арсенида галлия. Мы начали работать над фотодетекторами в 2008 году. В графене нас привлекло его особое свойство — отсутствие запрещенной зоны.

Один из способов представляет собой гибридный фотодетектор, состоящий из стандартного фотодетектора на основе графена — листа графена, на котором сверху размещены молекулы, нанотрубки. Идея этого устройства в том, что при поглощении света графеном или этими квантовыми точками один тип носителей заряда переходит в квантовые точки, а другой остается в графене. Например, если дырки перемещаются в квантовые точки, то электроны в графене продолжают осциллировать, пока в конце концов не произойдет рекомбинация. Итак, получается очень мощное усиление фототока. А такая схема является очень чувствительным фотодетектором.

Относительно применений: где может быть использован графен? Одна из возможных областей — это оптическая коммуникация. Графен является чрезвычайно быстрым фотодетектором, что однозначно важно для оптической коммуникации. Такие приборы могут быть легко встроены в любые фотоустройства, в том числе волноводы, чего очень сложно добиться для полупроводниковых инструментов. Также они работают во всем оптическом диапазоне — это значит, что отпадает необходимость применения специально разработанных приборов для разных частот. Другое применение, которое нам представляется возможным, — это регистрация длинных волн, особенно терагерцовой частоты, потому что существует не так уж много материалов, работающих с ними. Это также справедливо для средней инфракрасной области. Применяться эта технология может и в спектроскопии, и в медицине, и в других подобных областях.