近日，普渡大學(xué)、密西根大學(xué)和賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)聲稱，已解決阻礙石墨烯高性能光學(xué)器件的發(fā)展問(wèn)題，石墨烯高性能光學(xué)器件可用于成像、顯示、傳感器和高速通信。

題為“由碳化硅襯底與微米量級(jí)石墨烯結(jié)合制成的光電晶體管的位置依賴和毫米范圍光電探測(cè)”的論文發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志。該項(xiàng)目受到美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)國(guó)土安全部的聯(lián)合資助，同時(shí)，它也受到國(guó)防威脅降低局的資助。

極薄碳層具有獨(dú)特的光學(xué)和電子性質(zhì)，石墨烯有希望制成高性能光電器件。然而，通常的石墨烯光電探測(cè)器僅有一小塊區(qū)域?qū)馐舾校@限制了其應(yīng)用。

普渡大學(xué)陳勇教授說(shuō)：“為解決該問(wèn)題，研究人員將石墨烯與相對(duì)較大的SiC襯底相結(jié)合，制成了石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，光可以將其激活?！?/span>

高性能光電探測(cè)器可用于高速通信、超靈敏相機(jī)、傳感和可穿戴電子器件。基于石墨烯的晶體管陣列可以實(shí)現(xiàn)高分辨率成像和顯示。

密歇根大學(xué)核工程與放射科學(xué)Igor Jovanovic教授說(shuō)：“大部分相機(jī)需要很多像素點(diǎn)，然而，我們的方法使得超靈敏相機(jī)成為可能。雖然它的像素點(diǎn)相對(duì)較少，但是分辨率很高?！?/span>

Jovanovic教授說(shuō)：“在通常的石墨烯光電探測(cè)器中，光響應(yīng)僅發(fā)生在石墨烯附近的特定位置（該區(qū)域比器件尺寸小得多）。然而，對(duì)許多光電器件應(yīng)用而言，希望在更大的區(qū)域上獲得光響應(yīng)和位置靈敏度。”

新發(fā)現(xiàn)表明，該器件可在非局部區(qū)域?qū)饷舾?，甚至?dāng)光照在距石墨烯至少500μm的碳化硅襯底上時(shí)也對(duì)光敏感。光響應(yīng)和光電流可增加差不多10倍，這取決于照射哪一部分材料。此外，光電晶體管新技術(shù)也是位置靈敏的，因此它可以確定光線到達(dá)的位置（對(duì)于成像應(yīng)用和探測(cè)器非常重要）。

這是首次證明在較大的碳化硅晶片上使用一小塊石墨烯實(shí)現(xiàn)非局部光電探測(cè)，因此光不必?fù)糁惺┍旧?。光線可以入射在一個(gè)更大的區(qū)域，幾乎是一毫米，之前沒(méi)有人做過(guò)相關(guān)研究。

將電壓施加在碳化硅背面和石墨烯之間，在碳化硅中建一個(gè)電場(chǎng)。入射光在碳化硅中產(chǎn)生光載流子。

該研究與開(kāi)發(fā)石墨烯傳感器工作有關(guān)，石墨烯傳感器可用于檢測(cè)輻射。

陳勇教授說(shuō)：“該論文與用于檢測(cè)光子的傳感器有關(guān)，但原理與其他輻射類型相同。我們正使用靈敏石墨烯晶體管探測(cè)光子產(chǎn)生的電場(chǎng)變化，在這種情況下，光與碳化硅襯底發(fā)生反應(yīng)。”