光电器件

本工作利用飞秒泵浦-探测光电流光谱揭示了中红外激发下石墨烯结的超快光电流动力学，证明光热电效应在中红外波段同样可主导超快光电流，凸显了热电光电流产生机制在常规近红外和可见光波段之外的稳健性。

器件制备在500 μm厚双面抛光的p型掺杂硅衬底上，表面带有300 nm二氧化硅层，采用湿法转移的大面积CVD单层石墨烯，经紫外无掩模光刻与氧等离子体刻蚀定义石墨烯图案，再经第二次光刻、热蒸发Cr/Au（10/90 nm）与剥离工艺形成金属谐振器与电极，背面涂覆银浆作为背栅电极。

团队提出一种谐振式锯齿形等离激元增强的波导集成石墨烯光电探测器:通过等离激元谐振器增强石墨烯中的光-物质相互作用并促进光生载流子抽取,器件在L波段实现155 GHz的3 dB带宽与超过200 mA/W的响应度。作为独立探测器,采用强度调制/直接检测直接接收强度调制信号,单通道线速率达192 Gbit/s。为验证平台的可扩展性,团队进一步将8个此类探测器与低串扰硅光1×8阵列波导光栅共集成,构成波分复用接收机,聚合线速率达816 Gbit/s。

研究团队演示了首个集成的石墨烯-硅槽波导 2 μm 波段电吸收调制器，兼具大带宽、低损耗、紧凑尺寸、稳健工作与高调制效率。这些优势源于槽波导结构、双层石墨烯的部分交叠以及改进的高质量大面积石墨烯转移工艺——它们在增强光-石墨烯相互作用的同时，通过降低电容拓宽了调制带宽。器件在 2 μm 与 1.5 μm 波段均展现出高速性能，实测带宽分别超过 40 GHz 与 70 GHz（均受测试系统限制），而计算带宽有望进一步扩展至 150 GHz。

本工作发展了一种全二维光伏光电晶体管，同时实现了超高增益与亚微秒响应，破解了光电晶体管设计中长期存在的增益—速度难题。通过将MoS₂/PtSe₂异质结与石墨烯晶体管集成，器件利用光伏效应实现高效光收集与快速响应、利用界面光栅控效应获得高光电导增益，其响应时间主要由石墨烯沟道内的载流子渡越时间决定，证明了高增益可与高速度兼得。

尽管体 β-Ga₂O₃ 中的氧空位通常被视为深能级复合中心，但当其与 3D 石墨烯结合时，会在异质界面处产生局部偶极场。这种局部极化导致对称性破坏，从而降低界面势垒，促进光生电子的跨界面注入，并通过陷阱-增益机制延长载流子寿命，进而提高光生载流子的分离、注入和传输效率。

Gr/Sn-WSe₂/Si 异质结借助界面内建电场与石墨烯顶电极的高效载流子收集，实现了自供电、365–1550 nm宽光谱、并达到 NEP 0.029 fW/Hz¹ᐟ²、D* 3.4×10¹⁴ Jones 的探测性能，超越了生物视觉的灵敏度极限。

本工作设计并制备了基于 CVD 多层石墨烯与硅集成的范德华异质结光电探测器。CVD 一步生长直接获得厚度可控的石墨烯薄膜，避免了逐层组装带来的层间污染与转移缺陷；结合协同刻蚀有效抑制界面缺陷，实现了光吸收与载流子输运的协同优化。器件在从可见到长波红外的宽光谱范围内展现出优异光响应与微秒级响应速度。

Emberion研发出融合胶体量子点光学吸收层与石墨烯基晶体管的传感器器件结构及制造工艺，可实现从可见光波段（400 nm）到扩展型短波红外2000 nm、直至2500 nm波段的光电探测。