Graphen-Phototransistoren für Anwendungen mit hohem Dynamikbereich
Shadi Nashashibi, Nachwuchswissenschaftler der Hector Fellow Academy, ist Erstautor der Publikation „Engineering Graphene Phototransistors for High Dynamic Range Applications“, die im Mai 2024 in der Zeitschrift ACS Nano erschienen ist. Seine Arbeit wurde von Hector Fellow Prof. Dr. Jürg Leuthold betreut. Die Studie konzentriert sich auf einen Graphenbasierten Phototransistor, der den Photogating-Effekt ausnutzt und eine Photodetektion im Picowatt- bis Mikrowatt-Bereich aufweist.
Das Gerät bietet den höchsten dynamischen Leistungsumfang und die niedrigste detektierte optische Leistung im Vergleich zum Stand der Technik beim Grenzflächen-Photogating und ist zudem luftstabil. Die Optimierung der Geometrie und die Hinzufügung eines halbtransparenten oberen Gates ermöglichen eine Verbesserung der Empfindlichkeit um den Faktor 20 bis 30. Außerdem bietet es mehr Freiheitsgrade für die Anpassung der Leistung an den idealen Arbeitspunkt. Die Geometrie des Geräts ist im Hinblick auf das Seitenverhältnis des Graphenkanals optimiert, was zur Verbesserung der Photodetektionsleistung genutzt werden kann.
Diese Eigenschaften sind nicht auf Grenzflächen-Photodetektoren beschränkt, sondern können an eine Vielzahl von Photogate-Bauelementen genutzt werden. Diese Fähigkeiten sind wertvoll für Anwendungen, die einen hohen Dynamikbereich erfordern, wie z. B. das künstliche Sehen und die Wiederherstellung des Sehvermögens, und haben Potenzial für bioinspirierte Anwendungen wie Netzhautimplantate.