"Hybrid graphene–quantum dot phototransistors with ultrahigh gain". G. Konstantatos, M. Badioli, L. Gaudreau, J. Osmond, M. Bernechea, F. P. García de Arquer. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.60
Graphene is an attractive material for optoelectronics and photodetection applications
because it offers a broad spectral bandwidth and fast response times.
However, weak light absorption and the absence of a gain mechanism that
can generate multiple charge carriers from one incident photon have
limited the responsivity of graphene-based photodetectors to ~10−2 A W−1. Here, we demonstrate a gain of ~108 electrons per photon and a responsivity of ~107 A W−1
in a hybrid photodetector that consists of monolayer or bilayer
graphene covered with a thin film of colloidal quantum dots. Strong and
tunable light absorption in the quantum-dot layer creates electric
charges that are transferred to the graphene, where they recirculate
many times due to the high charge mobility of graphene and long
trapped-charge lifetimes in the quantum-dot layer. The device, with a
specific detectivity of 7 × 1013 Jones, benefits from
gate-tunable sensitivity and speed, spectral selectivity from the
short-wavelength infrared to the visible, and compatibility with current
circuit technologies.
El grafeno es un material atractivo para aplicaciones optoelectrónicas y de fotodetección, debido a que ofrece un amplio ancho de banda espectral y tiempos rápidos de respuesta. Sin embargo, la absorción de luz débil y la ausencia de un mecanismo de ganancia que pueda generar múltiples portadores de carga a partir de un fotón incidente, ha limitado la respuesta de los fotodetectores basados en grafeno a ~10−2 A W−1. Aquí se demuestra una ganancia de ~108 electrones por fotón y una respuesta de ~107 A W−1 en un fotodetector híbrido que consiste de una monocapa o una bicapa de grafeno cubierta con una película delgada de puntos cuánticos coloidales. La fuerte y sintonizable absorción de luz en la capa de puntos cuánticos genera portadores de carga eléctrica que se transfieren al grafeno, donde ellos recirculan muchas veces debido a la alta movilidad de las cargas en el grafeno y a los largos tiempos de vida media de las cargas atrapadas en la capa de puntos cuánticos. El dispositivo, con una capacidad de detección específica de 7 × 1013 Jones, se ve beneficiado por una sensibilidad y una rapidez de la compuerta sintonizables, por una selectividad espectral desde las longitudes de onda cortas en el infrarrojo hasta el visible, y por una compatibilidad con las actuales tecnologías de los circuitos.
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