具有低暗电流读出的石墨烯-量子点混合光电探测器

基于石墨烯的光电探测器已显示出高达 10$^8$ A/W 的响应度以及每光子高达 10$^{8}$ 个电子的光电导增益。这些光电探测器依赖于紧邻石墨烯的高吸收层，其在吸收时引起石墨烯化学势的偏移，从而改变其沟道电阻。然而，由于石墨烯的半金属性质，读出需要数百 $\mu$A 至 mA 量级的暗电流，导致器件工作所需的高功耗。本文提出一种新颖的方法，用于实现具有数量级更低暗电流水平的高响应度基于石墨烯的光电探测器。由胶体量子点层中光吸收引起的石墨烯化学势偏移，会诱导流经金属-绝缘体-石墨烯二极管结构的电流发生变化。由于石墨烯在狄拉克点附近的态密度较低，光诱导的化学势偏移可能相对较大，显著改变流经绝缘势垒的电流量，并产生一种新型增益机制。该读出所需暗电流为数百 nA 至几 $\mu$A，比其他基于石墨烯的光电探测器低数个数量级，同时在红外波段保持 $\sim$70 A/W 的响应度，比成熟的硅上锗和铟镓砷红外光电探测器高出近两个数量级。这使得该器件在需要高响应度和低功耗的应用中具有吸引力。