近日，普渡大學、密西根大學和賓夕法尼亞州立大學的研究團隊聲稱，已解決阻礙石墨烯高性能光學器件的發展問題，石墨烯高性能光學器件可用于成像、顯示、傳感器和高速通信。

題為“由碳化硅襯底與微米量級石墨烯結合制成的光電晶體管的位置依賴和毫米范圍光電探測”的論文發表在《自然納米技術》雜志。該項目受到美國國家科學基金會和美國國土安全部的聯合資助，同時，它也受到國防威脅降低局的資助。

極薄碳層具有獨特的光學和電子性質，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器僅有一小塊區域對光束敏感，這限制了其應用。

普渡大學陳勇教授說：“為解決該問題，研究人員將石墨烯與相對較大的SiC襯底相結合，制成了石墨烯場效應晶體管，光可以將其激活。”

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

密歇根大學核工程與放射科學Igor Jovanovic教授說：“大部分相機需要很多像素點，然而，我們的方法使得超靈敏相機成為可能。雖然它的像素點相對較少，但是分辨率很高。”

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

新發現表明，該器件可在非局部區域對光敏感，甚至當光照在距石墨烯至少500?m 的碳化硅襯底上時也對光敏感。光響應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，光電晶體管新技術也是位置靈敏的，因此它可以確定光線到達的位置(對于成像應用和探測器非常重要)。

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現非局部光電探測，因此光不必擊中石墨烯本身。光線可以入射在一個更大的區域，幾乎是一毫米，之前沒有人做過相關研究。

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

該研究與開發石墨烯傳感器工作有關，石墨烯傳感器可用于檢測輻射。

陳勇教授說：“該論文與用于檢測光子的傳感器有關，但原理與其它輻射類型相同。我們正使用靈敏石墨烯晶體管探測光子產生的電場變化，在這種情況下，光與碳化硅襯底發生反應。”

Jovanovic說：“光探測器可用于閃爍體，閃爍體可檢測輻射。電離輻射產生短暫的光照，閃爍體中的光電倍增管(約百年的老技術)可檢測它。因此，開發可以實現相同功能、基于半導體的先進器件是非常有意思的事情。”

此外，研究人員也解釋了計算模型的其他發現。新型晶體管由普渡發現公園的比克納米技術中心制備。

未來研究將包括探索諸如閃爍體、天體物理學成像技術和高能輻射傳感器等工作。