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香港科学家发明全新光电检测器

2013-10-16 12:05
华静一
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  香港中文大学(中大)电子工程学系曾汉奇教授和许建斌教授及其科研团队,最近成功发明了一项全新的光电检测器,有效推进高效率低成本红外光谱技术,可应用于环境和生物医学工程,如监测空气污染和分析人类呼吸疾病标记。研究结果在9月16日最新一期的国际知名学术期刊《自然-光子学》(Nature Photonics)发表。

  在曾教授和许教授的带领下,科研团队利用透明胶带,从石墨中机械剥离出单一碳原子层的石墨烯,并将石墨烯置于硅悬浮薄膜光波导路的顶部,制作出异质结结构的光探测器。该器件在室温下具有很宽的光谱探测范围。这项突破性的实验进展,有望实现高效率、低成本、高集成度的中红外新一代光探测器。科研团队证明,利用单层石墨和硅光波导制作的异质结中红外探测器具有很高灵敏度。整个研究从材料制备、器件设计、制造以至测量,均由中大电子工程学系科研人员独立完成。

硅上履石墨烯异质结波导光电探测器。

  许建斌教授表示:“我们的科研团队提出并开发了一种新颖的、用聚焦光栅耦合的中红外悬浮薄膜波导。通过将石墨烯放置于波导的顶端,器件能够吸收超过90%的入射光。研究人员并且发现了两种不同机制的探测器,使得在近红外和中红外波长范围的产生不同极性的光电流。是次研究推进了中红外光检测技术的发展,有利于在环境和生物医学工程的中推进红外光谱的应用。”

  科研团队制作了用于中外光谱探测的新型光探测器。在中红外(波长从2微米到20微米),气体分子具有较强的共振吸收峰,可用来检测微量的气体浓度(十亿分之几),因此在化学光谱具有很多应用,如空气污染监测、气体“指纹”检测、以及分析人类呼吸疾病标记。目前,商用的中红外探测器通常采用价格昂贵的窄带隙半导体和含毒的汞化合物,并只可以在低温条件下操作。

  石墨烯是一种二维材料,具有零能隙,因此它具有超宽的光谱带宽,覆盖从可见光到太赫兹频率。将石墨烯集成在硅光学芯片后,光和石墨烯的相互作用增强,并可以显著提高光学吸收,从而提高光探测器的响应度。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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