溶液法制备的石墨烯量子点/硅异质结近紫外光电探测器中载流子动力学与性能的尺寸效应及局域态影响

摘要： 报道了尺寸和局域缺陷态对光生载流子复合动力学的影响，该影响关系到基于石墨烯量子点（GQDs）的硅兼容近紫外异质结光电探测器性能。通过氧化石墨烯的氧化切割（自上而下法）、水热还原及不同转速梯度离心，制备出粒径约3.0至8.0纳米的GQDs。研究了不同尺寸样品的结构、组分、光物理特性及光生载流子动力学。光谱特征与载流子动力学受GQDs尺寸及局域表面态有效调控，这些因素同时决定了光生载流子的平均复合寿命。采用溶液法制备的量子点垂直异质结光电探测器在宽光谱范围内展现优异性能，近紫外区（380纳米）具有峰值响应。使用直径约6.0纳米GQDs制备的器件展现出3.5安/瓦的最高峰值响应度，与载流子动力学呈现显著关联。据我们所知，这是石墨烯量子点或碳纳米结构领域唯一揭示量子点尺寸与局域表面态对光生载流子动力学及相应光电探测器性能直接关联的研究报道。