Synthese und wellenlängen-sensitive nahinfrarote Photodetektion mit einwandigen Kohlenstoffnanoröhren großen Durchmessers und maßgeschneiderter Bandlückenverteilung

• Antragsteller: Professor Dr. Ralph Krupke
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392403255

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Forschungsprojekt wurden Kohlenstoff-Nanoröhren mit maßgeschneiderter Durchmesserverteilung in Dünnschichtbauelemente für die Photodetektion im Nahinfrarot- (NIR) bis kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR) integriert. Der Photodetektionsmechanismus wurde als elektrothermisch oder bolometrisch nachgewiesen und ist abhängig von der Vorspannung und der Gate-Spannung. Spektral flache NIR-zu-SWIR-Photodetektoren wurden unter Verwendung von dickenangepassten nanokristallinen Graphen/Graphit-Schichten ebenfalls entwickelt. Eine stabile und reproduzierbare beugungsbegrenzte Rasterphotostrom-spektroskopische Charakterisierung im NIR- bis SWIR-Bereich wurde durch mehrere Maßnahmen ermöglicht. Das Spektrum der Superkontinuum-Lichtquelle wurde durch Implementieren einer wellenlängenabhängigen Intensitätsmodulation mittels eines akusto-optisch abstimmbaren Filters (AOTF) geglättet. Die erhebliche chromatische Aberration wurde durch automatische Anpassung des wellenlängenabhängigen Arbeitsabstandes kompensiert. Das Grundrauschen wurde durch rauscharme Verkabelung und Vorverstärker auf Femtoampere-Niveau reduziert, und ein konzentrisches Design des Photostromaufbaus wurde implementiert, um die Temperaturstabilität zu maximieren und Drift zu eliminieren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Low-Temperature Electroluminescence Excitation Mapping of Excitons and Trions in Short- Channel Monochiral Carbon Nanotube Devices; ACS nano 2020, 14 (3), 2709–2717
  Marco Gaulke, Alexander Janissek, Naga Anirudh Peyyety, Imtiaz Alamgir, Adnan Riaz, Simone Dehm, Han Li, Uli Lemmer, Benjamin S. Flavel, Manfred M. Kappes, Frank Hennrich, Li Wei, Yuan Chen, Felix Pyatkov, Ralph Krupke
  
• Separation of Specific Single-Enantiomer Single-Wall Carbon Nanotubes in the Large- Diameter Regime, ACS nano 2020, 14 (1), 948–963
  Han Li, Georgy Gordeev, Oisin Garrity, Naga Anirudh Peyyety, Pranauv Balaji Selvasundaram, Simone Dehm, Ralph Krupke, Sofie Cambré, Wim Wenseleers, Stephanie Reich, Ming Zheng, Jeffrey A. Fagan, Benjamin S. Flavel
  
• Tailoring Spectrally Flat Infrared Photodetection with Thickness-Controlled Nanocrystalline Graphite; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14(7), 9525–9534
  Naga Anirudh Peyyety, Sandeep Kumar, Min-Ken Li, Simone Dehm, Ralph Krupke
  
• Near-Infrared Photodetection in Nanocarbon Materials, Ph.D. thesis 2023, Technische Universität Darmstadt
  Naga Anirudh Peyyety