Ein Überblick über den Fortschritt und die Aussichten für Photodetektoren auf Basis von Graphen-Halbleiter-Hybridstrukturen

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Eine aktuelle Übersicht fasst die Fortschritte zusammen, die im letzten Jahrzehnt bei Graphen-Halbleiter-Hybrid-Fotodetektoren erzielt wurden. Sie beginnt mit der Einführung wichtiger Leistungsindikatoren für Fotodetektoren und bietet damit die Grundlage für eine genaue Leistungsbewertung. Anschließend erläutert die Übersicht den photoelektrischen Umwandlungsmechanismus von Graphen-Halbleiter-Hybrid-Fotodetektoren.

Anschließend werden die Funktionsprinzipien dieser Detektoren in verschiedenen Konfigurationen erläutert, sodass Einblicke in typische Geräte gegeben werden. Abschließend werden in der Übersicht zukünftige Entwicklungsrichtungen für Graphen-Halbleiter-Hybrid-Fotodetektoren umrissen.

Graphen-Halbleiter-Hybrid-Fotodetektoren bieten mehrere Vorteile:

  • Graphen ergänzt andere Halbleitermaterialien und führt zur Entstehung neuer Phänomene bei der Erzeugung, dem Transport und der Sammlung von Fotostrom sowie zur Entwicklung innovativer Geräte.
  • Graphen lässt sich problemlos mit anderen Halbleitern integrieren, ohne dass eine strikte Gitteranpassung erforderlich ist, was ein hohes Maß an Flexibilität bei der Auswahl von Halbleitermaterialien bietet.
  • Die Kompatibilität von Graphen mit komplementären Metalloxid-Halbleiterprozessen auf Siliziumbasis, gepaart mit der ausgereiften Prozesstechnologie traditioneller Halbleiter, bildet eine solide Grundlage für den Übergang von Graphen-Halbleiter-Hybrid-Fotodetektoren vom Labor in die praktische Anwendung.

    • Das Papier ist veröffentlicht im Journal Fortschrittliche Geräte und Instrumente.

    Die Integration von Graphen und Halbleitern beim Bau neuartiger Fotodetektoren hat zu bedeutenden Fortschritten bei der Breitbanderkennung geführt und Arbeitsbandbreiten im GHz-Bereich, ultrahohe Empfindlichkeit und Verstärkungsbandbreitenproduktion erreicht. Die Entwicklung von Geräten, die hohe Leistung, Multifunktionalität und Fertigung auf Waferebene vereinen, bleibt jedoch eine Herausforderung.

    Um diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen neue Methoden und Prozesse entwickelt werden, um die Leistung zu optimieren und die Funktionalität von Graphen-Halbleiter-Hybriddetektoren zu erweitern, was voraussichtlich zu Fortschritten in der Photodetektionstechnologie führen wird.

    Mehr Informationen:
    Jintao Fu et al, Photodetektoren auf Basis von Graphen-Halbleiter-Hybridstrukturen: Jüngste Fortschritte und Zukunftsaussichten, Fortschrittliche Geräte und Instrumente (2023). DOI: 10.34133/adi.0031

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