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)

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