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石墨烯光电探测器是目前研究最为广泛的光电子器件之一。与半导体光电探测器不同的是，石墨烯原则上可以用于从紫外到红外的宽频光谱区域。近期，欧盟石墨烯旗舰计划成员维亚纳技术大学（tu vienna）和德国amo共同研发出了基于石墨烯的超高速光电探测器，使数据传输速率达到了到100 g bit / s。这项课题的研究成果，最近刊登在了《nano letters》上，指明了未来石墨烯在高速通信系统中应用的发展方向。
       石墨烯光电探测器是目前研究最为广泛的光电子器件之一。与半导体光电探测器不同的是，石墨烯原则上可以用于从紫外到红外的宽频光谱区域。另一个优点是高操作带宽，该优点可以使石墨烯光电探测器适用于高速数据通讯中。由于载体传递的时间的限制，铟镓砷（用于光通讯）和通用电气（用于光学互连）光电探测器的最大带宽分别为150ghz和80ghz。由于可以允许较高的带宽操作，高载体活动性的石墨烯提供了快速提取图片的载体。在已报道过的饱和载流子的速度下，石墨烯光探测器因受到时间限制所影响的带宽预计可以到达1.5thz。实际上，由于电容的延迟而非传递时间的延迟，石墨烯光电探测器的最大带宽被限制在640ghz。
       但是由于缺少能带隙，石墨烯光电探测器需要不同于半导体石墨烯的载流子提取模型。目前，石墨烯光电探测器使用金属-石墨烯表面附近的局部电位变化来提取光电探测载体。光响应速率可以到达40ghz，探测器操作速率可以到达10ghz。然而，由于较小的有效探测区域和较薄石墨烯对吸收率的限制，最大响应速率比较低。
       石墨烯是光学通信系统的理想材料。一种新型集成导波的光电探测器创造了高带宽的超快的新纪录，即该石墨烯设备具备数据超高速传导能力。近期，欧盟石墨烯旗舰计划成员维亚纳技术大学（tu vienna）和德国amo共同研发出了基于石墨烯的超高速光电探测器，使数据传输速率达到了到100 g bit / s。这项课题的研究成果，最近刊登在了《nano letters》上，指明了未来石墨烯在高速通信系统中应用的发展方向。

图1  基于石墨烯的光电探测器

一、下一代通信系统

现代电信系统是基于将光学信号转化为电子信号，例如光纤通信系统中的光学链接。系统中的这些光电探测器将光信号转换成电压信号，经过处理后的信号将用到计算机，手机及其他设备上。
       目前，光学探测系统基于的是硅和其他半导体，如锗。而现在已经接近了这种材料速率和带宽的极限。维也纳技术大学的simone schuler研究员，解释了提升数据传输性能的重要性。“这些光电探测器通常用于光学数据链接，构成了互联网的支柱。光电探测器的最大运行速率，决定了探测器的最大数据接收速率。因此，探测器运行越快，它可以接收到的数据也就越多。”
       随着越来越多的设备实现互联，对大规模通信系统的需求也在迅速增长。下一代通信系统必须能够在物联网框架内处理大量的连接设备，所以保持数据的稳定传输需要更快的光学检测速率和更高的带宽。
       同样的还有互联网和下一代移动通信系统，比如5g网络。这些光电探测器同样可以应用于自动化雷达，即所谓的“工业4.0”。

二、超高速光电探测器 

石墨烯的特性使其能够适用于下一代光电传感器及光学通信系统。其优异的导电性和透光性都特别适合高性能光电探测仪，并且它可以与二氧化硅光纤相互兼容。
       这里所示的光电探测器是高度灵敏的，由于其结构非常紧凑。使得其应用可以达到其他光电设备的水平，这些设备包含了功能集成开关和集成芯片。schuler 说：“这可能会打开实现cmos芯片成熟化的路。石墨烯材料将实现在硅材料基础上的高性能光电探测。”
       新型光电探测器中，光信号被导入到传导介质中，这种介质表面由石墨烯覆盖。由于石墨烯的特殊导电条件，石墨烯的作用类似于半导体结，传导介质中的光信号通过光热电效应转化为石墨烯中的电流，即将光学信号转换成电信号。检测器的灵敏度可以在不影响传输速率的情况下通过电进行调整，从而实现高带宽和超高速数据传输。
       谈到该新型探测器的设计，论文的另一位作者，来自德国amo公司的danielneumaier说：“这是迈向高性能芯片上的光电探测器的一大步，表明石墨烯光电探测器可以以高度可控的方式，实现传输速率和灵敏度的突破。”
       在芯片上集成多种功能性石墨烯技术是石墨烯旗舰组织工作的重点。neumaier目前是石墨烯旗舰组织光电集成部和电子设备包装部的管理者，也是旗舰组织管理小组和执行委员会的成员之一。

 三、在芯片上的集成化

为了将这项新技术直接应用于实际通信网络中，石墨烯必须具备集成到光电芯片上的可能性。neumaier说到：“面向实际应用的下一步，将过渡到cmos线路上，这是石墨烯旗舰中光电集成部的一个重工作。cmos的生产对材料和工艺的要求非常严格，所以将实验室技术转换成适宜芯片制造的技术，是很不容易的。
       意大利国家电信联盟（cnit）的marcoromagnoli，是石墨烯旗舰晶片级系统集成工作组的领导者，引领着批量生产兼容硅工艺的石墨电子设备的发展。他说：“我们正在开发集成在石墨烯光子电路中的关键模块。
       这种探测器是一个良好的设计范例，符合旗舰组织正在开发的平台，并且良好的性能与技术兼容性相结合，是推进石墨烯技术在光电子领域应用的发展的关键”
       这项研究是石墨烯在技术性能和小型化方面对现有光电技术的改进的一个主要范例。西班牙光子科学研究所的frank koppens，是旗舰光电子工作组的领导者。
       他说：“这项工作已经显示出创纪录的性能和微量电流操作。这是旗舰计划的一大进步，旨在开发用于完全cmos集成光数据通信平台的组件（检测器，调制器）”
       石墨烯旗舰的科学技术官员及其管理委员会主席andrea ferrari表示：“石墨烯光学和光电子学显然是中期发展的最强领域之一，石墨烯旗舰组织已经在开发大规模集成基于石墨烯及相关材料的光电子元器件。