[论文解读] 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 6

一句话总结

本研究展示了一种垂直取向石墨烯（VAG）热电器件，可在无需低温冷却的条件下实现强烈的室温红外（IR）光电响应。该器件通过热电效应工作，其中红外辐射照射使VAG加热，导致其电阻在60°C温升下增加约2倍，实现了迄今最高的电阻温度系数（TCR）~11%/K。

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.

研究动机与目标

• 开发一种非低温、室温工作的高灵敏度红外光电探测器。
• 研究脉冲红外照射下垂直取向石墨烯（VAG）的光电响应特性。
• 确定所观测到的响应是否源于热电效应，而非热电伏特或光伏机制。
• 测量并比较VAG与其他碳纳米材料（如碳纳米管，CNTs）的电阻温度系数（TCR）

提出的方法

• 利用化学气相沉积（CVD）法制造垂直取向石墨烯（VAG）结构，并随后转移至基底上。
• 采用四探针电学测量技术，在脉冲红外照射下监测I-V特性。
• 施加脉冲红外光以实现VAG的局部加热，无需外部热控。
• 通过测量电阻随温升的变化关系，提取电阻温度系数（TCR）。
• 在相同实验条件下，比较VAG与碳纳米管（CNT）样品的光电响应幅度。
• 通过对照实验及I-V行为分析，排除光伏与热电伏特效应的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 垂直取向石墨烯在室温下对红外辐射是否表现出显著的光电响应？
• RQ2 VAG中观测到的光电响应是否主要源于热电效应，而非其他热电伏特或光伏机制？
• RQ3 垂直取向石墨烯的电阻温度系数（TCR）的大小是多少？与其它碳纳米材料相比如何？
• RQ4 在相同实验条件下，VAG的光电响应与碳纳米管（CNTs）相比在定量上如何？

主要发现

• 基于VAG的热电器件在室温下经脉冲红外照射后表现出强烈的光电响应，经四探针I-V测量确认。
• VAG的电阻在60°C温升下增加约2倍，表明其具有显著的热响应特性。
• 电阻温度系数（TCR）达到~11%/K，为迄今报道的任何碳纳米材料中最高值。
• 在相同实验条件下，VAG的光电响应显著高于碳纳米管（CNT）样品。
• 所观测到的响应完全归因于热电效应，未发现光伏或热电伏特效应的贡献。