Специалисты из Исследовательского центра им. Томаса Уотсона компании IBM (США) создали опытные образцы фотодатчиков из одно- и многослойного графена.

Графен отличается большой подвижностью носителей заряда, благодаря чему фотодатчики демонстрируют возможность работы на более высоких частотах, чем традиционные полупроводниковые устройства. Кроме того, этот материал одинаково активно взаимодействует с излучением оптического и инфракрасного диапазонов, в то время как тонкие полупроводниковые слои плохо поглощают ИК-излучение.

При конструировании датчиков ученым предстояло решить проблему практически мгновенной рекомбинации образующихся при поглощении фотонов электронов и дырок (она происходит за несколько десятков пикосекунд). Для организации достаточно быстрого сбора свободных носителей заряда было использовано электрическое поле, которое возникает в области контакта графена с электродом.

Электрическое поле создается в области контакта металлических (золотых) электродов с графеном; когда на датчик падает излучение, поле разделяет образующиеся носители заряда (иллюстрация авторов работы)

В экспериментах фотодатчик, выполненный из однослойного графена, работал со световыми импульсами, частота повторения которых доходила до 40 ГГц, и поглощал 2,3% падающих фотонов. Как показывают теоретические расчеты, максимальная частота работы такого фотодатчика должна превышать 0,5 ТГц.

Немногие всерьез рассматривали возможность применения графена в оптоэлектронике, — говорит Андре Гейм (Andre Geim), профессор физики из Манчестерского университета (Великобритания). — Эта работа — как глоток свежего воздуха».