來自劍橋大學(xué)（英國(guó)），Emberion（英國(guó)），光子科學(xué)學(xué)院（ICFO;西班牙），諾基亞英國(guó)和約阿尼納大學(xué)（希臘）工作的Graphene旗艦研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新穎的石墨烯基熱電輻射熱測(cè)量計(jì)——一種具有熱檢測(cè)記錄的高靈敏度紅外（IR）檢測(cè)器，能夠?qū)囟茸兓直嬷翈资蘇。這項(xiàng)工作可能會(huì)為高性能紅外成像和光譜打開大門。

 圖注：a：?jiǎn)蝹€(gè)裝置示意圖，其中SLG通道的電導(dǎo)由熱電襯底和浮置柵極調(diào)制。這由與襯底接觸的兩個(gè)金屬焊盤驅(qū)動(dòng)，其總面積比與SLG信道重疊大得多。這種墊可以是均勻的或圖案化的。

 圖注：b：a圖中的電路圖

該技術(shù)專注于檢測(cè)人體產(chǎn)生的輻射并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的信號(hào)。 關(guān)鍵點(diǎn)是使用石墨烯，轉(zhuǎn)換性能比現(xiàn)有的最佳傳感器性能好250倍以上。但是檢測(cè)器的高靈敏度可以用于光譜應(yīng)用以外的熱成像。一個(gè)高性能的石墨烯基IR檢測(cè)器提供具有較少入射輻射的強(qiáng)信號(hào)，可以隔離IR光譜的不同部分。這在安全應(yīng)用中是至關(guān)重要的，其中不同的材料 - 例如爆炸物 - 可以通過它們的特征IR吸收或透射光譜來區(qū)分。

石墨烯基器件由熱電襯底，具有單層石墨烯的導(dǎo)電通道和置于頂部的浮柵電極組成。 在熱電材料中，溫度的變化導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生自發(fā)電場(chǎng)。 浮柵電極將該場(chǎng)集中在石墨烯上，并且該場(chǎng)引起作為器件輸出測(cè)量石墨烯電阻的變化。典型的IR光電探測(cè)器通過熱電效應(yīng)或測(cè)輻射熱計(jì)測(cè)量由于加熱引起的電阻變化。石墨烯基熱電輻射熱測(cè)量?jī)x將兩種效果結(jié)合以獲得優(yōu)異的性能，并且可以用作相機(jī)中高分辨率熱成像的像素。

 圖注：c：具有作為電連接的指狀結(jié)構(gòu)側(cè)焊盤器件的光學(xué)圖像。比例尺，300mm。

該團(tuán)隊(duì)解釋說石墨烯作為熱電信號(hào)的內(nèi)置放大器，不需要外部晶體管放大器，例如典型的熱電熱探測(cè)器。這種直接集成意味著與外部放大電路的連接沒有損耗和額外的噪聲。“我們可以直接在熱電材料上構(gòu)建放大器。所以，它開發(fā)的所有電荷都流向放大器。一路上沒有損失，“合著者說。

 圖注：a-g：逐步器件制造工藝。h：器件制造后的光學(xué)圖像。比例尺，100μm。

石墨烯的使用為進(jìn)一步將檢測(cè)器像素與將檢測(cè)器像素和記錄裝置連接的外部讀出集成電路（ROIC）集成提供了益處。“為了匹配ROIC的輸入阻抗，您需要盡可能導(dǎo)電的東西。石墨烯的固有電導(dǎo)率有助于進(jìn)一步與硅整合，“科學(xué)家說。阻抗匹配對(duì)于確保信號(hào)盡可能有效地傳輸是至關(guān)重要的。由于其高電導(dǎo)率和強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)的組合，這是石墨烯的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。

2016年8月，劍橋大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種高性能室溫石墨烯中紅外光電探測(cè)器。這種基于石墨烯的“輻射熱計(jì)”使研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)900％/ K的超高性能TCR。研究人員希望這種設(shè)備可以在未來用于天文學(xué)，醫(yī)學(xué)成像，汽車甚至智能手機(jī)紅外攝像機(jī)。