Графен позволит создать сверхбыстрые и высокоэффективные фотодетекторы

Графен при облучении светом ведет себя иначе, чем традиционный полупроводник, однако ученые не уверены в точном механизме, который лежит в основе необычного фотоответа материала. Эксперименты на графеновых транзисторах, выполненные командой из IBM, показали, что в игру вступают либо фотогальванический, либо болометрический эффекты.

Исследователи из IBM получили свои результаты, облучая транзистор сфокусированным лазерным пучком инфракрасного света и измеряя результирующий фототок. Эксперименты выполнялись на однородном графене, а не на графеновом p-n переходе, как во многих предыдущих экспериментах подобного рода. Это позволило команде измерить внутренний фототок материала.

Когда графен поглощает свет, генерируются экситоны, которые взаимодействуют с другими электронами и дырками. Эти взаимодействия увеличивают температуру электронов, но они остаются горячими, поскольку слабо связаны с решеткой и, таким образом, отдают тепло очень медленно.

Эти горячие носители и создают фотогальванический ток в графене. Когда температура решетки увеличивается, то изменяется подвижность электронов и возникает болометрический ток в противоположном направлении. При низкой плотности зарядов фотогальванический эффект доминирует, в то время как при высоком уровне легирования электронами преобладает болометрический эффект. Ученые обнаружили, что они могут переключаться между этими двумя фототоками, изменяя плотность электронов в графеновом полевом транзисторе с помощью обратного напряжения на затворе.

Точное знание, как генерируется фототок в графене, будет играть важную роль для увеличения эффективности фотодетекторов, сделанных из этого материала.

Более детально об этом исследовании вы можете прочитать в блоге Леонида Бараша.