碳基新颖光电器件领域获系列成果

碳材料在自然界含量丰富，并且是目前唯一的同位素构型涵盖零维到三维的单元素体系。富勒烯、碳纳米管及石墨烯的相继发现，使得碳家族材料成为材料科学和纳米技术领域长期的研究热点。特别是1D碳纳米管和2D石墨烯，在电子和光电子领域展现了巨大的应用价值。南京大学电子科学与工程学院王枫秋教授课题组从全碳复合材料界面处丰富的调控自由度和高效的电子迁移出发，提出将1D的单壁碳纳米管和2D石墨烯结合形成“原子层厚”薄膜，有望形成与传统二维异质结不同的，可规模化制备的光电功能材料。近年来，课题组在全碳异质材料的制备、光电子器件及光电物性研究方面取得了一系列的研究成果。

课题组基于石墨烯/碳纳米管异质结薄膜首次实现了全碳宽谱光探测器。针对目前石墨烯基光探测器响应度低和碳纳米管薄膜探测器响应速度慢的问题，课题组利用碳纳米管photogatting效应实现了105的光导增益，在保持宽谱响应（400-1550 nm）的情况下，实现了器件高响应度（>100 A/W）与高响应速度（104 Hz）的协同优化，见图2。该研究也首次将基于二维材料的范德瓦尔斯异质结（van der Waals heterostructures）扩展到了1D/2D复合结构，为研究范德华异质结中基于量子局限效应的新奇物理现象提供了一个全新的平台。相关成果以Planar carbon nanotube-graphene hybrid films for high-performance broadband photodetectors为题发表于国际权威期刊《自然-通讯》(Nature communications 6, 8589, (2015))。

图2. (a) 石墨烯/碳纳米管异质结薄膜器件响应度随光功率的函数关系；(b) 器件的响应速度；(c) 器件的可见光-近红外波段光响应