众所周知，石墨烯拥有众多潜在应用。其中一些应用已得到充分证实，但真正令人感兴趣的是那些规模较小、鲜为人知的应用。随着石墨烯的应用范围不断扩大，我们需要探索更多应用领域。本文将重点介绍如何将石墨烯用作光电探测器。

什么是光电探测器？

首先，我们来定义一下光电探测器。光电探测器是一种用于探测光或电磁波波长的传感器。光电探测器利用半导体pn结将光探测信号转换为电流。当光子被探测器吸收时，它们会在器件的耗尽区形成电子空穴对。光电探测器在光通信应用中有着广泛的应用。

硅是半导体器件中的常见材料，但与许多电气和半导体应用一样，石墨烯正在取代硅。需要注意的是，并非所有光电探测器都需要半导体材料，但涉及石墨烯的光电探测器是基于半导体硅光电探测器的。

石墨烯的特性如何用于光电探测器应用

探测光并将由此产生的可见光子转化为电流并非任何材料都能实现的壮举。石墨烯不仅具有与硅类似的一些特性，还拥有更多其他特性。虽然许多用于半导体pn结的材料至少部分由金属构成，或掺杂金属的非金属构成，但石墨烯却并非如此。

石墨烯的结构本身并非金属。然而，其独特的电导率、电子和空穴的载流子迁移率以及零带隙特性，使其成为一种半导体材料。因此，它通常被称为准金属。零带隙是半导体器件的一个关键特性，它源于价带和导带之间的轻微重叠。

零带隙还带来了其他有益特性，包括线性能量色散和线性电子态密度，从而确保了整个石墨烯片层的均匀性。这对于电子应用非常有用。石墨烯能够与硅配对，并且易于进行传统的平面加工技术，这意味着它也与CMOS兼容。

石墨烯和光电探测器应用

石墨烯在光电探测器领域既有学术应用，也有商业应用。单层石墨烯 (SLG) 和双层石墨烯 (BLG) 均用作光电探测器的半导体材料。石墨烯光电探测器已取得进展，器件和有源元件的尺寸可以更小。这与硅被石墨烯取代的原因相同——石墨烯可以形成更薄的层，从而实现更小的器件。此外，它还具有其他优势特性。

大多数石墨烯光电探测器探测可见光范围内的光。鉴于其特性，石墨烯通常用作光电探测器中的换能器组件。虽然感知光的能力是实现高光电探测器效率的关键，但感知变化和吸收载流子才是石墨烯的优势所在。

与任何研究一样，石墨烯光电探测器也正在不断进步。在光电探测器中使用石墨烯的主要优势在于其带宽比非石墨烯光电探测器更高。通常，带宽的增加会提升光电探测器（以及其所应用的系统）的通信潜力。

石墨烯如今已成为优于其他常见半导体材料（例如砷化镓 (GaAS)）的首选材料。其他半导体材料难以与硅集成，因为它们探测的光波长不同。相比之下，石墨烯的探测范围与硅相似，因此易于实现。这是一个重要的考虑因素，它不仅影响器件的效率，还影响石墨烯光电探测器的可扩展性和商业潜力。