石墨烯至少在小范圍內對紫外到遠紅外頻帶的電磁波敏感。但因為石墨烯是一種半金屬，吸收一個光子后形成的電子和空穴迅速重組，使得它難以產生可用于實際光電探測器設備的電流。密歇根大學的研究人員通過分離具有隧道層的兩張薄石墨烯，成功地分離了電子和空穴，生成了大電流。通過將下部的石墨烯層做成晶體管，可以將電流放大到可應用水平。目前的紅外探測器需要冷卻，而這種超寬頻帶光電探測器卻可以在室溫下工作，為在熱尋導彈的熱（IR）檢測器的應用和其他軍事應用開辟了可能。

這種石墨烯基的光電探測器克服了以前的二極管石墨烯光電探測器的設計局限性。研究人員只處理了一個原子層的碳，所以石墨烯只能吸收2.3%的從可見到近紅外光譜區的光。底層石墨烯晶體管作為局部放大器可將光響應放大成百上千次，超越了以前的石墨烯裝置的性能。

研究人員在兩層石墨烯之間夾了一層5納米厚的Ta2O5作為隧道層，以形成很薄的光電探測器。研究人員可以通過摻雜或替換新材料作為隧道層，以得到他們期望的性能。Ta2O5是一個帶隙絕緣體，是大型的能障。這對可見光起很好的作用，但對紅外效果不好。如果換成硅隧道層，硅電導頻率比石墨烯本征費米能級僅高0.5eV，對紅外波長有更好的響應。大多數應用中要求中紅外光子響應率高于1A/W。

未來的工作將包括試驗各種不同隧道層及用半導體薄膜代替設備底層（晶體管）的石墨烯。

（中國航空工業發展研究中心 胡燕萍）