[論文レビュー] Vertically aligned graphene based non-cryogenic bolometer

Kiran Shankar Hazra, Navneet Soin+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2013

Graphene research and applications参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、低温冷却を必要としない室温で強い赤外線（IR）光応答を示す垂直配向グラフェン（VAG）ボロメータの開発を示している。デバイスはボロメトリック効果に従い、IR放射によりVAGが加熱され、60°Cの温度上昇で抵抗が約2倍に増加し、抵抗の熱係数（TCR）が記録的な約11%/Kに達する。

ABSTRACT

We report the photoresponse of vertically aligned graphene upon IR irradiation at room temperature. Four probe measurements have shown electrical switching in I-V characteristics during pulsed IR irradiation. The photoresponse reported here for vertically aligned graphene (VAG) is much higher than carbon nanotube (CNT) samples. Our investigation has shown that such photoresponse arise solely due to bolometric effect, where the conductivity changes with temperature. The magnitude of the resistance of VAGs increases by ~ 2 fold for 6 0C increase in temperature. Also the Thermal Coefficient of Resistance (TCR) in this region is ~11%/K, which is the highest TCR value reported so far for any carbon nanomaterials.

研究の動機と目的

• 高感度な非冷却型室温赤外光検出器の開発。
• パルス状赤外放射下における垂直配向グラフェン（VAG）の光応答の調査。
• 観察された応答が、ボロメトリック効果によるものであり、光熱電気的または光電圧的メカニズムによるものではないかの特定。
• カーボンナノチューブ（CNT）を含む他のカーボンナノ材料と比較して、VAGの熱抵抗係数（TCR）を測定・比較すること。

提案手法

• 化学気相成長（CVD）を用いた垂直配向グラフェン（VAG）構造の作製および基板への転写。
• パルス状IR放射下でのI-V特性をモニタリングするための4端子電気的測定。
• 外部の熱制御を用いずに、局所的加熱を誘発するためのパルス状IR光の適用。
• 温度上昇に伴う抵抗変化を測定し、熱抵抗係数（TCR）を抽出。
• 同一条件下でのVAGとカーボンナノチューブ（CNT）試料の光応答の大きさを比較。
• 制御実験およびI-V挙動の分析により、光電圧的および光熱電気的効果の除外。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 垂直配向グラフェンは室温で赤外線放射に対して顕著な光応答を示すか？
• RQ2 VAGで観察された光応答は、他の光熱電気的または光電圧的メカニズムではなく、主にボロメトリック効果によるものか？
• RQ3 垂直配向グラフェンの熱抵抗係数（TCR）の大きさは何か？他のカーボンナノ材料と比較してどうか？
• RQ4 同一実験条件下でのVAGの光応答は、カーボンナノチューブ（CNT）と比較して定量的にどの程度か？

主な発見

• VAGベースのボロメータは、室温でパルス状IR放射に対して顕著な光応答を示し、4端子I-V測定により確認された。
• VAGの抵抗は60°Cの温度上昇で約2倍に増加しており、顕著な熱応答を示している。
• 熱抵抗係数（TCR）は約11%/Kに達し、これまでに報告されたカーボンナノ材料の中で最高値である。
• 同一条件下でのVAGの光応答は、カーボンナノチューブ（CNT）試料の応答よりも顕著に高い。
• 観察された応答は、光電圧的および光熱電気的寄与の証拠がなく、唯一ボロメトリック効果によるものとされている。