寬帶光探測器廣泛應(yīng)用于很多重要領(lǐng)域，包括紅外成像、遙感、環(huán)境監(jiān)測、天文探測、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，探測器必須能同時(shí)探測不同波段的紅外輻射，如短波紅外（1~3mm）、中波紅外（3~5mm）、長波紅外（8~14mm）、甚長波紅外（>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，多是將適于探測不同紅外波段的多個(gè)探測器集成在一起，并且確保這些探測器同步工作，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)光探測器，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)探測器就可以完成從可見光（532nm）到太赫茲波（2.52THz，118.8mm）的超寬帶光探測，達(dá)到了以往多個(gè)探測器同時(shí)工作才能達(dá)到的探測帶寬。 

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)天然的能隙可通過氧化石墨烯的還原程度來調(diào)控：隨著氧化石墨烯還原程度的提高，能隙從10~50meV（對應(yīng)于波長范圍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；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可見和近紅外光。

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可見和近紅外光；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)光探測器。該異質(zhì)結(jié)探測器在室溫下，首次實(shí)現(xiàn)了從可見光（532nm）到太赫茲波（118.8mm）的超寬帶光探測。他們還發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯的還原程度對探測性能有顯著影響，隨著氧化石墨烯還原程度的提高，探測器的響應(yīng)率可以提高5倍以上。在所有波長中，探測器對長波紅外（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為9~10mm，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該探測器對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)光探測器在超寬帶光探測方面，特別是寬帶紅外光探測方面具有良好的應(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)低維量子物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金的資助。

探測器結(jié)構(gòu)示意圖及其對可見（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。