Einstellbare Schottky-Barriere und hohe Empfindlichkeit in einem Graphen/Si-Nanotip-Olektronikgerät

Wir demonstrieren eine einstellbare Schottky-Barrierehöhe und rekordverdächtigen photoempfindlichen Wert in einem neuartigen Gerät, das aus einem einlagigen CVD-Graphen besteht, der auf ein Muster aus Nanotips auf einem n-dotierten Si-Wafer übertragen wurde. Das ursprüngliche Layout, bei dem nano-große Graphen/Si-Heterojunktionen abwechselnd mit Graphenbereichen, die dem elektrischen Feld des Si-Substrats ausgesetzt sind und sowohl als Diode-Kathode als auch als Transistor-Gate fungieren, resultiert in einem zweikontaktigen Barristor mit einseitiger Steuerung der Schottky-Barriere. Das Muster der Nanotips begünstigt die Lichtabsorption, und die Verstärkung des elektrischen Feldes an der Spitzenkante verbessert die photoelektrische Ladungstrennung und ermöglicht einen internen Gewinn durch Impakt-Ionisation. Diese Eigenschaften machen das Gerät zu einem Fotodetektor mit einer Empfindlichkeit (3 A/W für weißes LED-Licht mit einer Intensität von 3 mW/cm²), die fast um einen Faktor höher ist als bei kommerziellen Photodioden. Wir charakterisieren umfangreich die Spannungs- und Temperaturabhängigkeit der Geräteeigenschaften und beweisen, dass der Multijunktansatz keine zusätzliche Inhomogenität in die Verteilung der Schottky-Barrierehöhe einfügt. Diese Arbeit stellt einen erheblichen Fortschritt in der Realisierung von Graphen/Si-Schottky-Geräten für optoelektronische Anwendungen dar.