日前，由普渡大学、密歇根大学和宾夕法尼亚州立大学组成的一个研究小组声称，已经解决阻碍由石墨烯制成的高灵敏度光学器件的发展方面的问题，这样可以使应用范围从成像和显示到传感器和高速通讯[Biddut K. Sarker et al, ‘Position dependent and millimeter-range photodetection in phototransistors with micron-scale graphene on SiC’, Nature Nanotechnology; published online 10 April 2017, DOI: 10.1038/nnano.2017.46]。
作为具有非凡光学和电子特性的极薄的碳层，石墨烯是高性能光电子学的非常有前景的材料。然而，典型的基于石墨烯的光电检测器仅具有对光敏感的很小面积，从而限制了它们的性能。
普渡大学物理与天文学和电气与计算机工程系教授以及普渡量子中心主任Yong Chen说，现在已经通过将石墨烯与相对较大的碳化硅（SiC）衬底相结合，创造出可以被光激活的石墨烯场效应晶体管（GFET）来解决这些问题。
图片：普渡大学研制的石墨烯场效应晶体管（GFET）（普渡大学图片/Erin Easterling）
高性能光电探测器对于包括用于天体物理学的高速通信和超灵敏摄像机，以及感测应用和可穿戴电子设备的应用是非常重要的，基于石墨烯晶体管的阵列可以实现高分辨率成像和显示。
密西根大学核工程与放射科学教授伊戈尔·约瓦诺维奇（Igor Jovanovic）说：“在大多数相机中，您需要大量的像素。但是，我们的方法可能使一个非常敏感的相机成为可能，但您仍然具有较高的分辨率，”他补充说。
Jovanovic说：“在迄今为止所展示的典型的基于石墨烯的光电探测器中，光响应仅来自比石墨烯附近的特定位置，远小于器件尺寸。然而，对于许多光电器件应用，希望在更大的面积上获得光响应和位置灵敏度。”
新的研究结果表明，即使在距离石墨烯大于500μm的距离照射SiC衬底时，该器件对非局部尺度的光敏感。光响应和光电流可以增加多达10倍，这取决于材料的哪一部分被照亮。新的光电晶体管也是位置敏感的，因此它可以确定光线到达的位置（对于成像应用和检测器来说很重要）。
这是第一次有人在大型碳化硅晶圆上展示了一小块石墨烯，以实现非局部光电检测，所以光线不必击中石墨烯本身，光线可能发生在一个更大的地方，几乎一毫米，这在以前还没有达到过。
在碳化硅的背面和石墨烯之间施加电压，在碳化硅中形成电场，入射光在SiC中产生光载流子。
“这个特别的文章是关于检测光子的传感器，和其他类型的辐射原理是一样的。”Chen说，“我们正在使用敏感的石墨烯晶体管来检测由光子引起的变化的电场，这种情况下的光，与碳化硅衬底相互作用。”
光检测器可用于闪烁器，用于检测辐射。电离辐射产生短暂的光照，闪烁体由光电倍增管（约百年老化的技术）检测。因此，开发可以实现相同功能的先进的基于半导体的器件有很大的意义。
研究人员还用计算模型解释了他们的发现，未来的研究将包括探索诸如闪烁体、天体物理学成像技术和高能辐射传感器等应用的工作。(来源：新材料在线)
