Hybrid graphene–quantum dot phototransistors with ultrahigh gain

石墨烯 响应度 光电子学 量子点 材料科学 载流子 石墨烯量子点 比探测率 光电探测器 双层石墨烯 光探测 纳米技术
作者
Gerasimos Konstantatos,Michela Badioli,Louis Gaudreau,Johann Osmond,M. Bernechea,F. Pelayo Garcı́a de Arquer,Fabio Gatti,Frank H. L. Koppens
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:7 (6): 363-368 被引量:2030
标识
DOI:10.1038/nnano.2012.60
摘要

Graphene is an attractive material for optoelectronics1 and photodetection applications2,3,4,5,6 because it offers a broad spectral bandwidth and fast response times. However, weak light absorption and the absence of a gain mechanism that can generate multiple charge carriers from one incident photon have limited the responsivity of graphene-based photodetectors to ∼10−2 A W−1. Here, we demonstrate a gain of ∼108 electrons per photon and a responsivity of ∼107 A W−1 in a hybrid photodetector that consists of monolayer or bilayer graphene covered with a thin film of colloidal quantum dots. Strong and tunable light absorption in the quantum-dot layer creates electric charges that are transferred to the graphene, where they recirculate many times due to the high charge mobility of graphene and long trapped-charge lifetimes in the quantum-dot layer. The device, with a specific detectivity of 7 × 1013 Jones, benefits from gate-tunable sensitivity and speed, spectral selectivity from the short-wavelength infrared to the visible, and compatibility with current circuit technologies. A phototransistor in which electric charges are absorbed by colloidal quantum dots and circulated in graphene exhibits high values for gain, responsivity and specific detectivity.
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