來自劍橋大學（英國），Emberion（英國），光子科學學院（ICFO;西班牙），諾基亞英國和約阿尼納大學（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量計——一種具有熱檢測記錄的高靈敏度紅外（IR）檢測器，能夠?qū)囟茸兓直嬷翈资蘇。這項工作可能會為高性能紅外成像和光譜打開大門。

 圖注：a：單個裝置示意圖，其中SLG通道的電導由熱電襯底和浮置柵極調(diào)制。這由與襯底接觸的兩個金屬焊盤驅(qū)動，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)專注于檢測人體產(chǎn)生的輻射并將其轉(zhuǎn)換為可測量的信號。 關(guān)鍵點是使用石墨烯，轉(zhuǎn)換性能比現(xiàn)有的最佳傳感器性能好250倍以上。但是檢測器的高靈敏度可以用于光譜應用以外的熱成像。一個高性能的石墨烯基IR檢測器提供具有較少入射輻射的強信號，可以隔離IR光譜的不同部分。這在安全應用中是至關(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，溫度的變化導致材料內(nèi)部產(chǎn)生自發(fā)電場。 浮柵電極將該場集中在石墨烯上，并且該場引起作為器件輸出測量石墨烯電阻的變化。典型的IR光電探測器通過熱電效應或測輻射熱計測量由于加熱引起的電阻變化。石墨烯基熱電輻射熱測量儀將兩種效果結(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)焊盤器件的光學圖像。比例尺，300mm。

該團隊解釋說石墨烯作為熱電信號的內(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：器件制造后的光學圖像。比例尺，100μm。

石墨烯的使用為進一步將檢測器像素與將檢測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，您需要盡可能導電的東西。石墨烯的固有電導率有助于進一步與硅整合，“科學家說。阻抗匹配對于確保信號盡可能有效地傳輸是至關(guān)重要的。由于其高電導率和強場效應的組合，這是石墨烯的獨特優(yōu)點。

2016年8月，劍橋大學的研究人員開發(fā)了一種高性能室溫石墨烯中紅外光電探測器。這種基于石墨烯的“輻射熱計”使研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)高達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，醫(yī)學成像，汽車甚至智能手機紅外攝像機。