MoS2 중간층이 도입된 그래핀/다공성 Si 광검출기

초록

본 연구에서는 그래핀/다공성 Si(porous Si, PSi) 구조에 MoS2 중간층과 (trifluoromethanesulfonyl)-amide (TFSA)가 도핑된 그래핀을 도입하는 방법을 제안한다. MoS2는 정공 전송 및 전자 차단층으로 작용하여 계면 재결합을 억제하고, TFSA-그래핀은 높은 투과율과 전도성을 유지하며 전하 수집 효율을 향상시켰다. 소자는 0 V에서 가장 높은 광전류/암전류(photocurrent/dark current) 비율을 나타내어 자체전력(self-powered) 구동 가능성을 입증하였다. 또한, 0 V에서 0.51 AW−1의 광반응도(responsivity), 550–800 nm 범위에서 약 77%의 평탄한 외부 양자 효율(external quantum efficiency), 1.4 × 1013 cmHz1/2W−1 높은 검출도(detectivity), 그리고 74 dB의 선형 동작 범위(linear dynamic range) 를 기록하였다. 반면, MoS2가 없는 소자는 동일 조건에서 각 성능 지표가 상대적으로 낮은 값을 보였다. 이러한 결과는 다공성 Si과 2차원 재료 기반 조합이 고성능 광검출기 구현에 효과적인 방법임을 제안한다.

키워드