局域场增强石墨烯近红外光电探测器

近红外光电探测器在夜视监控、生物医学、环境监测等诸多领域有广泛应用。由于二维石墨烯材料具有独特性质（零带隙结构、高载流子迁移率、功函数可调）使其在红外探测领域具有巨大潜质。为了充分利用石墨烯的优势，并克服其吸收率低、暗电流噪声大的不足，研究者利用局域场调控设计混合结构以提高红外探测器性能。

局域场增强可以简单描述为通过微观局部空间中的强场增强光-物质的相互作用和控制二维半导体中的载流子运动来有效的挑战器件性能，局域场增强的方式主要包括：光栅场增强、铁电场增强、浮栅感应静电场增强、层间内建场增强、温度梯度场增强和表面等离子体增强，这些局域场通过增加光吸收、提高载流子分离效率抑制噪声和放大光电增益来提高二维半导体探测的探测能力。

据麦姆斯咨询报道，近期，电子科技大学王军教授课题组在《红外与激光工程》期刊上发表了以“局域场增强石墨烯近红外光电探测器”为主题的综述文章。王军教授主要从事室温红外-太赫兹探测相关材料与器件技术方面的研究工作。

这项研究总结了局域场增强石墨烯近红外光电探测器的研究成果，介绍了单吸收层局域场增强器件并分析基于不同类型感光材料器件的优缺点，进一步介绍了双吸收层局域场增强器件，对笔者所做的双吸收层器件中电流极性等相关研究进行了简述。最后对局域场增强探测器相关功能拓展领域研究进行了简介，对该类器件的发展趋势进行了简要的总结和展望。

单吸收层局域场增强石墨烯探测器典型结构

单吸收层局域场增强石墨烯探测器：初期研究者们设计单组分材料作为吸光材料，包括量子点、二维材料、有机小分子/聚合物、单晶、钙钛矿等，将单一吸光材料与石墨烯构筑局域场增强探测器灵敏度。除了通过单组分材料与石墨烯形成的光栅局域场提高石墨烯探测器响应度，等离激元结构形成局域场增强也是提高二维材料光电探测器的有效策略。研究者将石墨烯等二维材料与金属纳米结构相结合，由于二维材料表面等离激元产生的局部电磁场可以有效增强光的吸收，从而使器件的性能及光谱选择性得到显著提高。

表面等离子激元局域场增强石墨烯探测器典型结构

双吸收层局域场增强石墨烯探测器：单吸收层材料形成的局域场注入能力受限，设置异质结形成内建局域场能够更有效分离产生的光生载流子，进而提升器件的光电特性。与石墨烯形成光栅结构的光电导探测器吸收材料能带对电流极性有重要影响。

双吸收层局域场增强石墨烯探测器典型结构

局域场拓展石墨烯基光电探测器功能主要有光子突触仿生和光调制功能。利用电子设备来模拟生物突触是迈向类脑计算至关重要的一步，光子突触兼具光敏性与突触功能，具有提升信息处理速度和降低能耗的优势，是目前研究的新方向，局域场增强石墨烯光电探测器优秀的光电探测能力为光子突触提供了一个崭新的平台。另外，光电设备的光信号状态可以被外部信号所调制改变，通常通过栅极电压来调节光信号的幅度、速度等，如能通过外部光信号对器件的本征光信息进行调制可以简化系统的电路复杂度以及降低能耗，因此研究光调制的光电器件对发展光逻辑、光通信等领域至关重要，石墨烯结合双层异质结构具有独特的光生载流子输运行为，其为设计光调制器件提供了一个平台。

石墨烯异质结全光调控光子突触

这项研究简要概括了局域场增强型石墨烯近红外光电探测器的一些最新研究成果及其功能扩展。这些工作主要依赖于光栅局域场调控二维石墨烯载流子浓度，赋予其出色的近红外光探测能力。传统的单层材料局域场调控器件因石墨烯与材料界面处能量损耗，限制了光生载流子的分离效率，导致相对较差的量子效率以及相对较长的响应时间。而平面异质结局域场提供了一个垂直方向的光生载流子分离电场，促进了光生载流子的解离，并且响应时间提高到了微秒级别。然而，平面异质结的光生载流子分离只限于结区附近，这使大部分光能没有被充分利用。基于此，体异质结局域场调控被引入有效克服了平面异质结有限的光电转换效率，使局域场增强型石墨烯近红外光电探测器的灵敏度可与工业上的硅光电探测器相媲美。

然而，目前局域场增强型石墨烯光电探测器的研究大多数集中在可见光和近红外波段，在中远红外波段的探测性能普遍较低。提升探测器在中远红外乃至太赫兹波段的探测性能对于未来其应用于军民等领域是至关重要的。目前，限制局域场增强型石墨烯探测器中远红外光电探测性能的重要原因是长波材料的半导体能带较窄，难以通过局域场有效的提取其光生载流子。因此，考虑如何避免长波激发的光生载流子复合和长波辐射的背景噪声影响，并将光生载流子有效提取到石墨烯通道中，对下一步提升局域场增强型中长波红外光电探测器非常重要。

另一方面，随着人工智能、万物互联时代的到来，迫切需要可以集成多种功能的光电系统。而局域场增强型石墨烯光电探测器在光逻辑、光通信、光存储、机器视觉、神经计算等领域的性能已被探索，并且其能够制备在柔性衬底，可以实现大面积图形化加工，因此多种功能集成的局域场增强型石墨烯光电器件也会备受关注。

银月光科技深耕健康智慧光源，向市场提供全品类紫外UVA UVB UVC LED,红外IR LED VCSEL产品和方案服务，在国内外市场拥有数百家优质合作伙伴，共同推动用光科技创造健康智慧生活的事业。