High-Performance Shortwave Infrared Detector Based on Multilayer Carbon Nanotube Films

响应度 材料科学 光电探测器 光电流 光电子学 碳纳米管 吸收(声学) 暗电流 光电导性 红外线的 比探测率 光学 纳米技术 复合材料 物理
作者
Xiang Cai,Delin Hong,Weifeng Wu,Bing Han,Xuelei Liang,Sheng Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 13508-13516 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21641
摘要

Carbon nanotube (CNT) is an ideal candidate material for shortwave infrared (SWIR) detectors due to its large band gap tunability, strong infrared light absorption, and high mobility. Furthermore, the photodetectors based on CNT can be prepared on any substrate using a low-temperature process, which is conducive to three-dimensional (3D) integration. However, owing to the absorption limitation (<2%) of a single-layer network CNT film with low density, the photodetectors of CNT film show low photocurrent responsivity and detectivity. In this paper, we optimize the thickness of the high-purity semiconducting network CNT films to increase the photocurrent responsivity of the photodetectors. When the thickness of network CNT film is about 5 nm, the responsivity of the zero-bias voltage can reach 32 mA/W at 1800 nm wavelength. Then, using stacked CNT films and contact electrode design, the photodetectors exhibit a maximum responsivity of 120 mA/W at 1800 nm wavelength. The photodetectors with stacked CNT films and local n-type channel doping demonstrated a wide response spectral range of 1200-2100 nm, a peak detectivity of 3.94 × 109 Jones at room temperature, and a linear dynamic range over 118 dB. Moreover, the peak detectivity is over 2.27 × 1011 Jones when the temperature is 180 K. Our work demonstrates the potential of the CNT film for future SWIR imaging at a low cost.
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