寬帶光探測(cè)器廣泛應(yīng)用于很多重要領(lǐng)域，包括紅外成像、遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、天文探測(cè)、光譜分析等。特別是在紅外成像領(lǐng)域，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的多色紅外成像，探測(cè)器必須能同時(shí)探測(cè)不同波段的紅外輻射，如短波紅外（1~3mm）、中波紅外（3~5mm）、長(zhǎng)波紅外（8~14mm）、甚長(zhǎng)波紅外（>14mm）、甚至是太赫茲波（30~3000mm）輻射，具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性。目前，為了在一定程度上實(shí)現(xiàn)多色紅外成像，多是將適于探測(cè)不同紅外波段的多個(gè)探測(cè)器集成在一起，并且確保這些探測(cè)器同步工作，從而導(dǎo)致器件結(jié)構(gòu)和工藝相當(dāng)復(fù)雜。

　　中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所賀軍輝研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)和清華大學(xué)孫家林教授團(tuán)隊(duì)合作，在實(shí)現(xiàn)超寬帶光探測(cè)方面取得新進(jìn)展，制作了還原氧化石墨烯—硅納米線陣列異質(zhì)結(jié)光探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)探測(cè)器就可以完成從可見(jiàn)光（532nm）到太赫茲波（2.52THz，118.8mm）的超寬帶光探測(cè)，達(dá)到了以往多個(gè)探測(cè)器同時(shí)工作才能達(dá)到的探測(cè)帶寬。  

　　化學(xué)剝離石墨制備的氧化石墨烯的還原產(chǎn)物稱為還原氧化石墨烯，具有天然的能隙，而且這個(gè)天然的能隙可通過(guò)氧化石墨烯的還原程度來(lái)調(diào)控：隨著氧化石墨烯還原程度的提高，能隙從10~50meV（對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)范圍124~24.8mm的電磁波能量）到接近于零。顯然，這個(gè)天然的10~50meV窄能隙適合探測(cè)紅外（2.5~30mm）和太赫茲波（30~3000mm）。但石墨烯的光吸收率較低，不利于實(shí)現(xiàn)高靈敏度探測(cè)；而且，還原氧化石墨烯的幾十毫電子伏特的能隙不適宜探測(cè)可見(jiàn)和近紅外光。 

　　硅納米線陣列具有兩個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可以在一定程度上彌補(bǔ)還原氧化石墨烯的不足：其一，硅1.12eV的帶隙，使得硅納米線陣列適合探測(cè)可見(jiàn)和近紅外光；其二，有序排列的納米線陣列結(jié)構(gòu)可以強(qiáng)烈地抑制光的反射，進(jìn)而提高器件的光捕獲能力。 

　　科研人員將還原氧化石墨烯和硅納米線陣列兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，制作了還原氧化石墨烯—硅納米線陣列異質(zhì)結(jié)光探測(cè)器。該異質(zhì)結(jié)探測(cè)器在室溫下，首次實(shí)現(xiàn)了從可見(jiàn)光（532nm）到太赫茲波（118.8mm）的超寬帶光探測(cè)。他們還發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯的還原程度對(duì)探測(cè)性能有顯著影響，隨著氧化石墨烯還原程度的提高，探測(cè)器的響應(yīng)率可以提高5倍以上。在所有波長(zhǎng)中，探測(cè)器對(duì)長(zhǎng)波紅外（10.6mm）的響應(yīng)率最高，為9mA W-1。由于人體紅外輻射峰值波長(zhǎng)為9~10mm，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該探測(cè)器對(duì)人體紅外輻射具有靈敏的響應(yīng)，可用于人體紅外傳感如夜視領(lǐng)域。因此，還原氧化石墨烯—硅納米線陣列異質(zhì)結(jié)光探測(cè)器在超寬帶光探測(cè)方面，特別是寬帶紅外光探測(cè)方面具有良好的應(yīng)用前景。

　　相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Small期刊上，并被MaterialsViewsChina.com作為Research News詳細(xì)報(bào)道。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部“973”計(jì)劃、科技部“863”計(jì)劃以及清華大學(xué)低維量子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金的資助。

　　論文鏈接 

　　探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖及其對(duì)可見(jiàn)（VIS，532nm）、近紅外（NIR，1064nm）、中紅外（MIR，10.6m）和太赫茲（THz，118.8m）的動(dòng)態(tài)光響應(yīng)特性。