[논문 리뷰] Vertically aligned graphene based non-cryogenic bolometer

Kiran Shankar Hazra, Navneet Soin외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 07.

Graphene research and applications참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 냉각이 필요 없는 고온에서 강력한 실온 적외선(IR) 광응답을 보이는 수직으로 정렬된 그래핀(VAG) 볼로메터를 보여준다. 장치는 볼로메트릭 효과에 의해 작동하며, IR 조사로 VAG가 가열되어 온도가 60°C 상승할 경우 저항이 약 2배 증가하고, 이로 인해 기록적인 높은 열저항계수(TCR) 약 11%/K를 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고감도의 비냉각, 실온에서 작동하는 적외선 광검출기를 개발하기 위해.
• 펄스형 IR 조사 하에서 수직으로 정렬된 그래핀(VAG)의 광응답을 조사하기 위해.
• 관찰된 응답이 볼로메트릭 효과에 기인한 것인지, 아니면 광열전기 또는 광발전 메커니즘에 기인한 것인지 확인하기 위해.
• 다른 탄소 나노물질인 탄소 나노튜브(CNTs)와 비교하여 VAG의 열저항계수(TCR)를 측정하고 비교하기 위해.

제안 방법

• 화학기상증착(CVD)을 이용한 수직으로 정렬된 그래핀(VAG) 구조의 제작 및 기판으로의 이송.
• 펄스형 IR 조사 중 I-V 특성을 모니터링하기 위해 4점 측정 전기적 측정을 사용.
• 외부 열 제어 없이 국소적 가열을 유도하기 위해 펄스형 IR 빛을 적용.
• 저항 변화를 온도 상승에 따라 측정하여 열저항계수(TCR)를 추출.
• 동일 조건에서 VAG와 탄소 나노튜브(CNT) 샘플 간의 광응답 크기를 비교.
• 제어 실험과 I-V 거동 분석을 통해 광발전 및 광열전기 효과를 배제.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수직으로 정렬된 그래핀은 실온에서 적외선 복사에 대해 뚜렷한 광응답을 보이는가?
• RQ2 관찰된 광응답이 광열전기 또는 광발전 메커니즘보다 주로 볼로메트릭 효과에 기인한 것인가?
• RQ3 수직으로 정렬된 그래핀의 열저항계수(TCR)의 크기는 얼마이며, 다른 탄소 나노물질과 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 동일한 실험 조건에서 VAG의 광응답은 탄소 나노튜브(CNTs)와 비교해 정량적으로 어떻게 다른가?

주요 결과

• VAG 기반 볼로메터는 실온에서 펄스형 IR 조사 하에 강력한 광응답을 보이며, 4점 I-V 측정을 통해 확인되었다.
• VAG의 저항은 온도가 60°C 상승할 경우 약 2배 증가하여 뚜렷한 열응답을 나타낸다.
• 열저항계수(TCR)는 약 11%/K에 도달하여 지금까지 보고된 바 있는 어떤 탄소 나노물질보다도 높은 기록적인 값이다.
• 동일 조건에서 관찰된 VAG의 광응답은 탄소 나노튜브(CNT) 샘플보다 뚜렷하게 높다.
• 관찰된 응답은 오직 볼로메트릭 효과에 기인하며, 광발전 또는 광열전기 기여는 발견되지 않았다.