近日，Exeter大学的一个团队创建了一种新型的光电传感器，能够感测的光的范围是传统石墨烯传感器的约4500倍。

这项技术使得可以在恶劣条件下更稳定工作的感测和成像设备成为可能，并且体积更小且。而且最具成本效益。该团队表示：“在这项工作中，我们证明用分子修整石墨烯的结构可以改变这种神奇材料的光学和电学响应，并实现前所未有的应用。

背景

石墨烯光电探测器

基于石墨烯光电探测器的很多相关研究已经证明了其优异的性能，包括机械灵活性、大的工作带宽和宽带光谱响应。

然而，与石墨烯相比，目前最先进的无机（Si，Ga，GaAs等）光电探测器可以在更大的光功率范围内呈现线性响应。这是由于在石墨烯中，能量密度相对较小，只有1eV。

此外，研究发现光生载流子的热扩散主导了基于石墨烯的光电检测器测量的光电流信号。强的光热电（PTE）效应使热载流子倍增，但也导致光响应区域在超过2μm的距离上被抹去。石墨烯光电探测器中的窄线性动态范围（LDR）和光响应区域的大小限制石墨烯像素在高分辨率感测和视频成像应用中的集成。

化学功能化是克服传统石墨烯光电传感器的固有局限的基本未被探索的途径，未功能化改性的石墨烯其有限的费米面的有限尺寸对载流子的运动有严格的约束。尽管人们已经尝试使用化学官能化来设计石墨烯中的p-n结并且选择性地限定光响应区域，但与原始石墨烯器件相比，没有显示出重大的改进；因此，仍然存在若干挑战。

成果

研究发现用FeCl3功能化石墨烯可导致高水平的空穴掺杂（≈1×1015cm-2），室温电导率比原始石墨烯大1000倍，同时还可以保持等效吸收的可见波长范围。同时，在恶劣环境条件下，大面积加工的容易性以及通过表面等离子体激元将电信波长光有效耦合到电信号的希望，使得该材料独特地适合于探索新型光电应用。

该团队提出了一种使用激光诱导在FeCl3插层石墨烯工程敏结新方法。

在这些平面结处测量的光电流表现出非凡的线性响应，其LDR值比其他石墨烯器件的衰减至少大4500倍（44 dB），同时保持高度的环境污染稳定性，无需封装。观察到的光响应纯粹是光伏，表明热载体效应完全熄灭。这些结果为具有前所未有的LDR的高分辨率成像和感测的超薄光电探测器的设计铺平了道路。

关键的是，该检测器在大气条件下表现出明显的稳定性，而没有任何形式的封装，并保持从紫外线A（UVA）到紫外线（MIR）波长的宽光谱响应。使用诸如近场光电流纳米镜的新兴的纳米光子学工具，我们可以超越远场方法的衍射极限分辨率，并且定义小于所用激光波长的一半的光响应结。

总之，激光图案化是在插层的几层石墨烯中产生光响应结的优雅方法。 FeCl3-FLG中的光响应点在亚微米尺度上工程化，并且在大气条件和强烈的光照下保持高度稳定。这提供了与其他化学官能化方法相比的独特机会，由此光电流机制被可靠地固定以在宽范围的功率和波长上产生线性响应，而不需要从环境中的封装。

集成和原子薄的光电子电路的光辅助设计向高清晰度传感应用的新前沿迈进了一步，而FeCl3插入的几层石墨烯（FeCl3-FLG）定义了超薄，高LDR的新范例光电探测器。

激光照射FeCl3-FLG结构变化的拉曼光谱研究

光显微镜扫描下的FeCl3-FLG中p-p'结

在FeCl3-FLAG中的p-p'结上的光电流的表征

基于该项工作的学术论文以《Extraordinary linear dynamic range in laser-defined functionalized graphene photodetectors》为题，发表于《Science Advances》。