近日，物理科学与技术学院王刚教授团队在多功能光电探测器方面发表重要研究成果，在《Nano Letters》上发表题为“Nitrogen-Doped 3D-Graphene Advances Near-Infrared Photodetector for Logic Circuits and Image Sensors Overcoming 2D Limitations”的研究论文并当选该期封面。
基于二维材料的光电探测器受限于低光捕获效率和高暗电流等关键科学问题，研究团队从材料获取、结构设计与制造、器件性能调控和物理机制等方面开展系统的研究。通过等离子体辅助化学气相沉积(PACVD)技术，将氮原子引入三维石墨烯结构并构建了垂直型硅基肖特基异质结宽带光电探测器，展现了其在逻辑器件和图像传感器中的应用。三维石墨烯具有天然的纳米谐振腔可显著提高光子捕获效率，氮原子的引入可精细调节异质结的电子结构。通过实验验证理论，理论（时域有限差分和第一性原理）指导器件的构建并阐明了该结构中静态/动态的电荷移动动力学过程。该光电探测器具有优异的宽光谱（400-1550 nm）和自驱动性能。1550 nm波段的光响应度达79.6 A/W，比探测率高达1013 Jones且响应时间仅为130 μs。该探测器可用于逻辑电路和高分辨率模式图像识别领域。该研究工作为新型光电探测器的结构设计、多模式探测和多功能应用提供重要的科学参考价值。
物理科学与技术学院硕土研究生张光临为该论文的第一作者，物理科学与技术学院王刚教授、南方科技大学叶财超副教授和中科院上海微系统所郑理研究员为本文通讯作者，星空在线,星空在线(中国)为第一通讯单位。
该研究工作得到国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划项目、宁波市青年科技创新领军人才项目等基金支持。
论文信息详见：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01917
