光电器件

研究团队提出一种由无序金纳米结构增强的石墨烯近红外探测器，避开了高分辨纳米光刻。器件在硅衬底上以化学气相沉积单层石墨烯为沟道、钛/金为电极，沟道中央刻出直径14 μm的圆形窗口，在其中以电子束蒸发沉积名义厚度10 nm的超薄金膜；由于厚度接近渗流阈值，金在石墨烯表面自组织成核生长，形成部分互连、边界不规则、留有纳米间隙的无序纳米结构。

厦门大学王其星副教授、徐龙副教授，上海交通大学杨胜副教授团队将机械剥离的石墨烯与紫磷薄片经PDMS辅助、在转移台上干法逐层堆叠，构筑石墨烯/紫磷/石墨烯垂直范德华异质结光电探测器，紫磷层厚仅45 nm，载流子输运距离由微米级缩短至纳米级。

器件以机械剥离与干法转移构筑，在 285 nm SiO2/Si 衬底上先以无掩模紫外光刻定义电极区、电子束蒸发 Ti/Pd（10/20 nm）复合电极，再用聚碳酸酯膜辅助干法转移将 MoTe2、h-BN 与石墨烯纳米片逐层对准堆叠成范德华异质结，三层厚度经原子力显微镜测定为 9、5 与 12 nm；针对大面积制备的可行性，研究另以化学气相沉积生长的单层 h-BN 作为隧穿层，通过干湿混合转移与光刻图形化制备了含 1、2、4 层 h-BN 的系列器件。

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。