留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

石墨烯与典型光导型光电探测器读出电路的对比研究

韩钦 高恺聪 任思伟 伍俊 江英 赵瑞光 申钧

韩钦, 高恺聪, 任思伟, 伍俊, 江英, 赵瑞光, 申钧. 石墨烯与典型光导型光电探测器读出电路的对比研究[J]. 红外技术, 2022, 44(2): 123-128.
引用本文: 韩钦, 高恺聪, 任思伟, 伍俊, 江英, 赵瑞光, 申钧. 石墨烯与典型光导型光电探测器读出电路的对比研究[J]. 红外技术, 2022, 44(2): 123-128.
HAN Qin, GAO Kaicong, REN Siwei, WU Jun, JIANG Ying, ZHAO Ruiguang, SHEN Jun. Comparative Study on Readout Circuit for Graphene and Typical Photoconductors Photodetectors[J]. Infrared Technology , 2022, 44(2): 123-128.
Citation: HAN Qin, GAO Kaicong, REN Siwei, WU Jun, JIANG Ying, ZHAO Ruiguang, SHEN Jun. Comparative Study on Readout Circuit for Graphene and Typical Photoconductors Photodetectors[J]. Infrared Technology , 2022, 44(2): 123-128.

石墨烯与典型光导型光电探测器读出电路的对比研究

基金项目: 

国家自然科学基金 61705229

中科院青年创新促进会 2018416

详细信息
    作者简介:

    韩钦(1996-),男,江苏人,硕士研究生,主要研究方向为光电探测器系统集成。E-mail:hanqin19@mails.ucas.ac.cn

    通讯作者:

    申钧(1984-),男,重庆人,研究员,博士,主要研究方向为石墨烯光电探测器、射频电子器件及忆阻器件。E-mail:shenjun@cigit.ac.cn

  • 中图分类号: TN15

Comparative Study on Readout Circuit for Graphene and Typical Photoconductors Photodetectors

  • 摘要: 石墨烯光电探测器具有兼容性好和宽波段响应等优势,其读出电路可类似于微测辐射热计等传统探测器。然而,石墨烯光电探测器一般属于光子型,其响应度、功耗和积分时间等具有显著差异。针对纯石墨烯、石墨烯-硫化铅异质结、硫化铅和典型微测辐射热计4种探测器,结合实测器件参数,进行读出电路的对比研究。仿真结果表明:由于其较高的响应度,实现相同的输出电压,石墨烯-硫化铅异质结探测器所需的积分时间最少,更利于高帧频应用。另一方面,与微测辐射热计相比,石墨烯探测器具有较高的功耗,而分析表明合理的器件结构设计可有效减小功耗。本文的研究工作可为二维材料等新型光电探测器的读出电路选择和参数设计提供参考。
  • 图  1  两种探测器在激光照射下的电流曲线

    Figure  1.  Current curves of two detectors under laser irradiation

    图  2  基于电容反馈跨导放大的积分电路

    Figure  2.  Integral circuit based on CTIA

    图  3  各材料输出电压曲线

    Figure  3.  Output voltage curves of each material

    图  4  偏置电压变化情况下输出电压曲线

    Figure  4.  Output voltage curves under bias voltage variation

    图  5  匹配电阻小情况下输出电压曲线

    Figure  5.  Output voltage curves when matching resistance is small

    图  6  积分时间不同时的输出电压曲线

    Figure  6.  Output voltage curves with different integration time

    图  7  石墨烯阵列探测器示意图

    Figure  7.  Schematic diagram of graphene array detector

  • [1] 任丽娜, 曲延滨. 毫米波与红外技术在军事领域中的应用[J]. 红外技术, 2004, 26(3): 66-70, 74. doi:  10.3969/j.issn.1001-8891.2004.03.015

    REN L N, QU Y B. The application of millimeter wave technology and infrared technology in the martial field[J]. Infrared Technology, 2004, 26(3): 66-70, 74. doi:  10.3969/j.issn.1001-8891.2004.03.015
    [2] GUO N, HU W D, JIANG T, et al. High-quality infrared imaging with graphene photodetectors at room temperature[J]. Nanoscale, 2016, 8(35): 16065-16072. doi:  10.1039/C6NR04607J
    [3] YANG Q, WU Q M, LUO W, et al. InGaAs/graphene infrared photodetectors with enhanced responsivity[J]. Materials Research Express, 2019, 6(11): 116208. doi:  10.1088/2053-1591/ab4925
    [4] FANG H, HU W. Photogating in low dimensional photodetectors[J]. Advanced Science, 2017, 4(12): 1700323. doi:  10.1002/advs.201700323
    [5] Buscema M, Island J O, Groenendijk D J, et al. Photocurrent generation with two-dimensional van der waals semiconductors[J]. Chemical Society Reviews, 2015, 44(11): 3691-3718. doi:  10.1039/C5CS00106D
    [6] LI X M, ZHU H W, WANG K L, et al. Graphene-on-silicon schottky junction solar cells[J]. Advanced Materials, 2010, 22(25): 2743-2748. doi:  10.1002/adma.200904383
    [7] WANG F, WANG Z X, YIN L, et al. 2D library beyond graphene and transition metal dichalcogenides: a focus on photodetection[J]. Chemical Society Reviews, 2018, 47(16): 6296-6341. doi:  10.1039/C8CS00255J
    [8] Lee I, KANG W T, Kim J E, et al. Photoinduced tuning of schottky barrier height in Graphene/MoS2 heterojunction for ultrahigh performance short channel phototransistor[J]. ACS Nano, 2020, 14(6): 7574-7580. doi:  10.1021/acsnano.0c03425
    [9] Gerasimos K, Michela Badioli, Louis Gaudreau, et al. Hybrid graphene-quantum dot phototransistors with ultrahigh gain[J]. Nature Nanotechnology, 2012, 7(6): 363-368. doi:  10.1038/nnano.2012.60
    [10] Avouris P. Graphene: electronic and photonic properties and devices[J]. Nano Letters, 2010, 10(11): 4285-4294. doi:  10.1021/nl102824h
    [11] Ryzhii V, Ryzhii M. Graphene bilayer field-effect phototransistor for terahertz and infrared detection[J]. Physical Review B, 2009, 79(24): 245311. doi:  10.1103/PhysRevB.79.245311
    [12] 周云. 无TEC非制冷红外焦平面读出电路的研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2013.

    ZHOU Y. Research on Tec_less Uncooled Infrared Focal Plane Readout Integrate Circuit[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2013.
    [13] 郑昕. PbS薄膜的制备及红外光敏性能的研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2009.

    ZHEN X. Preparation of PbS thin films and study on infrared photosensitivity[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2009.
    [14] XIE C, WANG Y, ZHANG Z X, et al. Graphene/semiconductor hybrid heterostructures for optoelectronic device applications[J]. Nano Today, 2018, 19: 41-83.
  • 加载中
图(7)
计量
  • 文章访问数:  100
  • HTML全文浏览量:  24
  • PDF下载量:  49
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-16
  • 修回日期:  2021-04-27
  • 刊出日期:  2022-02-20

目录

    /

    返回文章
    返回