碳纳米管薄膜作为超灵敏光电探测器进展与挑战

半导体单壁碳纳米管(s-SWCNT)正被用于开发第三代优化的短波红外光电探测器，与传统材料制成的光电探测器相比，该探测器将改进像素尺寸、重量、功耗、性能和成本。

超灵敏短波红外光电探测器可检测可见光谱之外的短波红外光波长子集，具有许多潜在应用，包括夜间监视、恶劣天气条件下的导航、光纤通信和半导体质量控制。

短波红外光电探测器传统上由III-V族材料制成，例如砷化铟镓(InGaAs)。然而，InGaAs光电探测器价格昂贵，目前对替代光电探测器材料(如s-SWCNT)的研究将理想地降低短波红外光电探测器的成本，同时提高性能和效率。

来自北京大学的领先科学家团队概述了将s-SWCNT薄膜开发为短波红外光电探测器的当前技术和挑战，以促进该技术的进一步研究和应用。当前溶液纯化技术的进步将促进高纯度s-SWCNT薄膜的开发，适用于大面积、均质和高性能的光电设备和检测和处理光的应用，包括光电探测器。

在s-SWCNT薄膜达到或超过由InGaAs或类似材料制成的传统、更昂贵的光电探测器的性能水平之前，必须进一步优化薄膜纯度、厚度、清晰度和阵列对准。

该团队在3月16日的NanoResearchEnergy杂志上发表了他们的评论。

“回顾s-SWCNTs薄膜光电探测器的研究进展，可以阐明s-SWCNTs薄膜光电探测器和光电集成的研究现状、挑战和应用，”该综述论文作者之一、学院副教授王胜说。北京大学电子学博士，中国。

“我们分三个部分概述了s-SWCNT技术：(1)s-SWCNT薄膜光电探测器的研究现状，(2)基于s-SWCNT薄膜光电探测器的单片/三维光电集成的研究现状和(3)理想的s-SWCNT薄膜光电探测器和光电集成对s-SWCNT薄膜和器件结构的要求，”Wang说。

“该领域的下一步是通过优化s-SWCNT薄膜和器件结构来提高s-SWCNT薄膜光电探测器的性能。对于s-SWCNT薄膜优化，需要均匀的s-SWCNT薄膜的半导体纯度大于99.9999%，”Wang说。

达到这些纯度水平并非易事。早期的纯化方法试图在薄膜生长后烧掉s-SWCNT杂质，但导致薄膜有许多缺陷。从那时起，共轭聚合物不仅被用于从杂质中纯化s-SWCNT，而且还通过它们的直径进行纯化，因为s-SWCNT的不同直径决定了薄膜可以检测到哪些波长。最近，分选过程已达到高性能电子产品所需的s-SWCNT纯度水平。

s-SWCNT薄膜制备也需要优化，包括厚度、清晰度和对准。已经开发了许多方法来生长s-SWCNT薄膜，但沉积和浸涂方法通常因其简单、稳定和产生的均匀薄膜而受到青睐。一种可扩展且高效的浸涂方法通过简单地修改基板从分散的s-SWCNT的有机溶剂中提起的次数和每次提起的速度来控制s-SWCNT沉积。

电子领域认识到s-SWCNT作为高性能短波红外探测器的合适材料的潜力，但由InGaAs等材料制成的传统光电探测器与s-SWCNT薄膜光电探测器之间存在显着的性能差距。“最终目标是优化s-SWCNT薄膜光电探测器的性能，使其以更低的成本与商业光电探测器相媲美，”Wang说。

研究人员认为，这种性能的提高和成本的降低将导致更多的短波红外光电探测器薄膜集成到设备中，并在未来开发新的光电应用。该领域还渴望将高性能碳纳米管集成到电路中。

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