С момента успешного изготовления графена он привлек широкое внимание во многих областях благодаря своим превосходным материальным свойствам, в частности, быстрой фотоэлектрической реакции, широкому спектральному поглощению и размерным преимуществам, что делает его одним из идеальных материалов для создания микро- и нано-фотоэлектронных детекторов. В настоящее время графеновые фотодетекторы уже реализованы, но детекторы на основе традиционных структур имеют проблемы с низкой эффективностью поглощения света и плохой фотоэлектрической реакцией. Усиление поглощения света с помощью плазмонов является перспективным техническим решением, однако сталкивается с проблемами из-за чрезмерной сложности микро- и наносруктур, высокой стоимости и недостаточной производительности. В данной работе предложена гетероструктура на основе Au-решетки/графена/h-BN/SiO₂, использующая эффект плазмонов-фононов, возникающих при взаимодействии h-BN с инфракрасным светом, локализующем инфракрасное излучение в графене и повышающем коэффициент поглощения графена и всей гетероструктуры; при этом близкие постоянные решетки графена и h-BN позволяют максимально использовать отличные фотоэлектрические свойства графена. Анализ коэффициента поглощения и распределения электромагнитного поля методом конечных элементов (FEM) показал, что при частоте падающего излучения 1550 см⁻¹ плотность мощности, рассеиваемой в слое графена в смешанной структуре Au-решетка/графен/h-BN/SiO₂, в 4,4 раза выше, чем у эталонной структуры Au-решетка/графен/SiO₂, а коэффициент поглощения в 6,5 раза больше. Также путем регулировки толщины h-BN, толщины Au электродов и ширины решетки можно управлять интенсивностью поглощения. Данное исследование предоставляет теоретическую основу для создания графеновых среднеинфракрасных фотодетекторов.

Графен; Гексагональный нитрид бора; Фононные плазмоны