石墨烯至少在小范圍內(nèi)對(duì)紫外到遠(yuǎn)紅外頻帶的電磁波敏感。但因?yàn)槭┦且环N半金屬，吸收一個(gè)光子后形成的電子和空穴迅速重組，使得它難以產(chǎn)生可用于實(shí)際光電探測(cè)器設(shè)備的電流。密歇根大學(xué)的研究人員通過分離具有隧道層的兩張薄石墨烯，成功地分離了電子和空穴，生成了大電流。通過將下部的石墨烯層做成晶體管，可以將電流放大到可應(yīng)用水平。目前的紅外探測(cè)器需要冷卻，而這種超寬頻帶光電探測(cè)器卻可以在室溫下工作，為在熱尋導(dǎo)彈的熱（IR）檢測(cè)器的應(yīng)用和其他軍事應(yīng)用開辟了可能。

這種石墨烯基的光電探測(cè)器克服了以前的二極管石墨烯光電探測(cè)器的設(shè)計(jì)局限性。研究人員只處理了一個(gè)原子層的碳，所以石墨烯只能吸收2.3%的從可見到近紅外光譜區(qū)的光。底層石墨烯晶體管作為局部放大器可將光響應(yīng)放大成百上千次，超越了以前的石墨烯裝置的性能。

研究人員在兩層石墨烯之間夾了一層5納米厚的Ta2O5作為隧道層，以形成很薄的光電探測(cè)器。研究人員可以通過摻雜或替換新材料作為隧道層，以得到他們期望的性能。Ta2O5是一個(gè)帶隙絕緣體，是大型的能障。這對(duì)可見光起很好的作用，但對(duì)紅外效果不好。如果換成硅隧道層，硅電導(dǎo)頻率比石墨烯本征費(fèi)米能級(jí)僅高0.5eV，對(duì)紅外波長(zhǎng)有更好的響應(yīng)。大多數(shù)應(yīng)用中要求中紅外光子響應(yīng)率高于1A/W。

未來的工作將包括試驗(yàn)各種不同隧道層及用半導(dǎo)體薄膜代替設(shè)備底層（晶體管）的石墨烯。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 胡燕萍）