石墨烯光电探测器室温下显示出超宽频带灵敏度

石墨烯至少在小范围内对紫外到远红外频带的电磁波敏感。但因为石墨烯是一种半金属，吸收一个光子后形成的电子和空穴迅速重组，使得它难以产生可用于实际光电探测器设备的电流。密歇根大学的研究人员通过分离具有隧道层的两张薄石墨烯，成功地分离了电子和空穴，生成了大电流。通过将下部的石墨烯层做成晶体管，可以将电流放大到可应用水平。目前的红外探测器需要冷却，而这种超宽频带光电探测器却可以在室温下工作，为在热寻导弹的热（IR）检测器的应用和其他军事应用开辟了可能。

这种石墨烯基的光电探测器克服了以前的二极管石墨烯光电探测器的设计局限性。研究人员只处理了一个原子层的碳，所以石墨烯只能吸收2.3%的从可见到近红外光谱区的光。底层石墨烯晶体管作为局部放大器可将光响应放大成百上千次，超越了以前的石墨烯装置的性能。

研究人员在两层石墨烯之间夹了一层5纳米厚的Ta2O5作为隧道层，以形成很薄的光电探测器。研究人员可以通过掺杂或替换新材料作为隧道层，以得到他们期望的性能。Ta2O5是一个带隙绝缘体，是大型的能障。这对可见光起很好的作用，但对红外效果不好。如果换成硅隧道层，硅电导频率比石墨烯本征费米能级仅高0.5eV，对红外波长有更好的响应。大多数应用中要求中红外光子响应率高于1A/W。

未来的工作将包括试验各种不同隧道层及用半导体薄膜代替设备底层（晶体管）的石墨烯。

（中国航空工业发展研究中心 胡燕萍）