Ouverture de la bande interdite du graphène par fluorination pour une application de photodétecteur à double mode haute performance

La fluorination est un procédé efficace pour ouvrir la bande interdite du graphène (Gr), ce qui est bénéfique au développement de dispositifs optoélectroniques fonctionnant dans une large plage de longueurs d'onde. Dans ce contexte, nous rapportons un photodétecteur (PD) à large bande à double mode en intégrant du graphène fluoré (F-Gr) avec du silicium (Si). Il a été constaté que, lorsqu'il fonctionne en mode photoconducteur, l'hétérojonction F-Gr/Si présentait une réponse photo remarquable sur une large région spectrale allant des ultraviolets (UV), du visible au proche infrarouge (NIR) avec une responsivité (R) de 1.9 × 10^7 A W^-1 et une détectivité spécifique (D*) de 4.4 × 10^12 Jones à 650 nm. Néanmoins, ces deux paramètres seront considérablement réduits lorsque l'hétérojonction F-Gr/Si fonctionnera en mode photodiode. Dans ce mode, le rapport Ilight/Idark est aussi élevé que 2.0 × 10^5 et la vitesse de réponse est accélérée de plus de 3 ordres de grandeur, passant d'environ 5 ms à 6.3 μs. Notamment, la responsivité du dispositif dans les régions UV et NIR a été remarquablement améliorée par rapport à celle des dispositifs basés sur l'hétérojonction Gr/Si vierge. Compte tenu de la bande interdite dépendante de la couverture F du F-Gr révélée par les calculs de première principe, nous croyons que l'amélioration est attribuée à l'ouverture de la bande interdite dans le Gr partiellement fluoré, qui est stabilisée en raison de l'entropie de configuration à mesure que la température augmente. Le PD à double mode a permis la détection simultanée de faibles lumières et une photodétection rapide, ce qui surmonte la limitation du PD monomode traditionnel.