十余年来，二维材料在光电子领域受到了广泛的研究。石墨烯以其独特的零带隙、可调控、高迁移率和易大面积制备等优点，成为二维材料的研究重点。由于单层石墨烯的光吸收率较低（~2.3%），为了提高探测器的光响应，通常设计辅助吸收材料或吸收结构增强对探测光的吸收率。在石墨烯表面引入陷阱来提高响应度也是一种常用的策略，这种方法提高了器件的光电导增益，获得了更高的光电效率，比如石墨烯表面制作量子点薄膜材料可以实现很高的光响应（109A/W），然而高的器件增益显著延长探测器响应时间。将石墨烯与其他二维材料或有机材料薄膜复合，可以调节探测器增益和响应速度之间的均衡，但是很难制作出探测单元之间高度均匀的探测阵列。因此，制备易阵列集成的响应高速度快的石墨烯光电探测器，是大面积石墨烯薄膜应用的重要突破方向。
近日，电子科技大学王军教授、蒋亚东教授团队报道了利用普通半导体工艺（蒸镀、光刻和反应离子刻蚀方法）实现了具有双向响应的高性能全碳光电探测器及其阵列。作者巧妙的设计出两层石墨烯夹一层C60（富勒烯）的垂直三明治结构，不仅提供了一种基于石墨烯的全碳材料堆叠和刻蚀的方法，并且大幅提高了全碳材料的光响应度。垂直石墨烯/C60/石墨烯探测器在405nm的光入射时，响应率为3.4 x 105 A/W（光强33μW），响应时间为23ms，在1550nm的光入射时仍有110 A/W。另外，随入射光波长变化探测器光电流出现双向响应（正、负电阻变化）。光电流的极性和大小还可以通过改变Vg（栅极电压）来调控。基于栅压调控，文章探讨了石墨烯/C60/石墨烯垂直异质结器件在不同波长下响应的动态过程，并分析了正负响应的电荷转移机理。此外，本文使用光刻和反应离子刻蚀方法对垂直石墨烯/C60/石墨烯异质结进行了图案化，在1 cm×1 cm的范围内制作了250×250个石墨烯/C60/石墨烯探测单元（8μm×4μm）阵列，为石墨烯光电探测器的阵列化应用提供了重要思路。
相关工作在线发表在Carbon（DOI:10.1016/j.carbon.2020.02.030）。该研究成果的第一作者是电子科技大学博士研究生潘锐，通讯作者为王军教授。该工作得到了国家自然科学基金、优秀青年科学基金等资助。
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