物聯網的重大突破：石墨烯-硅光電探測器

材料牛注: 石墨烯-硅光電探測器的制備和研究克服了現有的硅光電探測器的弱點，并擴展了其在紅外等方面的應用，這將有助于物聯網的實現。

由于石墨烯內在帶隙缺失，使得其在數字邏輯方面的應用面臨巨大挑戰，這個弱點已經引起許多研究者對其在光電方面的研究。這種帶隙的缺失使得石墨烯成為一個寬波段的接收器，能在可見光，紅外和太赫茲的頻率實現光電探測。

由歐洲委員會支持的英國劍橋大學，以色列希伯來大學，美國約翰霍普金斯大學共同組成的研究小組近期成功地把石墨烯和硅結合在同一個芯片上，應用該方法組成高效率的肖特基光電探測器。

研究人員說道：“這種光電探測器是由金屬和半導體連接的。由于光電探測器是光電連接的關鍵構件，研究結果可能會有著更少的能源消耗和信息轉移，這一優勢將會是實現物聯網的關鍵。”

Nano Letters雜志上曾有研究表明,當使用1.55微米入射光的光電二極管時，這些基于石墨烯的光電探測器可以達到每瓦0.37安培的電流響應，這種高響應性與目前使用的硅鍺探測器的硅光子學相當。

然而硅光電探測器可以用于可見光的檢測，但它們并不能檢測近紅外輻射，因為近紅外光子的能量不足以連接硅的帶隙。出于這個原因，光電探測器已經由硅和鍺的組合制成，但是這需要一個相對復雜的制造過程并且造價昂貴，然而新的基于石墨烯的組合可以以一種更簡單且廉價的方式生產新型探測器。

劍橋大學石墨烯中心的Andrea Ferrari教授在一份新聞稿中說：“這證明了石墨烯足以與當前最先進的生產設備相競爭。它可以簡化制備過程，并在不同波長都有吸收，這些優勢都為石墨烯集成硅光子鋪平了道路。”為了實現消耗更少能量的目的，Ferrari教授說：“石墨烯能在能源消耗方面戰勝目前的硅光子技術。”他認為這是目前的重大成就。

關于物聯網的光通信，劍橋大學Ilya Goykhman在一份新聞稿中說道：“這是第一步，未來兩年的目標是圓片規模集成和光電工作包，而石墨烯是實現這一目標的基礎。”在接下來的兩年里，他們的研究將從光電探測器擴展到光學調節器。

Ferrari教授說道：“我們已經展示了潛在的探測器，但我們還需要一個基于石墨烯的調制器來構建一個完整且低能量的光學通信系統，石墨烯是解決這個問題的關鍵。”

參考原文鏈接：Graphene-Silicon Photodetector Could Enable the Internet of Things

本文由編輯部曾慶輝提供素材，牛效瑩編譯，劉宇龍審核，點我加入材料人編輯部。