石墨烯探測器的研制對太赫茲探測有何作用？
太赫茲波以其獨特的特性有望應用于下一代通信、探測等領域。
太赫茲探測器作為太赫茲應用系統的基礎組成部分，在太赫茲技術中起着關鍵作用。
由于二維結構，石墨烯具有獨特的特性，例如極高的電子遷移率、零帶隙和與頻率無關的光譜吸收，特别是在太赫茲區域，使其成為太赫茲探測器的合适材料。
太赫茲 (THz) 波是頻率範圍為 0.1~10 THz（波長在 30~3000 微米内）的特定波段的電磁波。
更有趣的是，太赫茲波比紅外線和可見光更容易穿透灰塵和煙霧，使其成為在惡劣環境中工作的理想選擇。
此外，太赫茲波往往對皮革、塑膠等非極性材料具有很強的穿透能力，能夠有效探測隐蔽的危險物品，如爆炸物、毒品、槍支等違禁物品，使得太赫茲波對于安全應用很重要。
由于與 X 射線相比，太赫茲波具有低能量光子，是以也适用于生物醫學成像和各種疾病的醫學診斷，不會對生物組織造成任何光電離的不利影響。
測輻射熱計依賴于與溫度相關的電阻，當太赫茲波輻射到工作區時，熱敏電阻的阻值會發生變化。這種變化可以反映太赫茲的輻射強度，由于太赫茲波的吸收，晶體的溫度升高并引起載流子濃度的變化。
肖特基二極管檢測器是由金屬和半導體之間的肖特基二極管制成的。這種檢測器通常在室溫 (RT) 下工作，而NFET主要是利用器件通道中激發的等離子波來檢測太赫茲波。
由于等離子波的激發隻需要少量的能量，是以該檢測器具有高響應性。石墨烯在 NFET、納米電子器件、高靈敏度傳感器等各個領域具有巨大的應用潛力。由原子層組成的二維平面結構可以看作是最薄的二維電子氣。
石墨烯最常用的太赫茲探測器對特定應用有一些限制。例如，熱釋電探測器和Golay單元的響應速度較低，難以實時響應皮秒量級的超短太赫茲脈沖信号。
石墨烯具有獨特的零帶隙結構，具有極高的載流子遷移率，并且可以修改導電性，這些優異的特性使其成為制造太赫茲探測器的理想材料。
采用石墨烯制造的太赫茲探測器通過有效降低高頻範圍半導體主要噪聲源的影響，提高了器件的工作頻率，有效降低了高頻器件的噪聲。石墨烯探測器的工作原理主要包括光伏效應（PV）、光電導效應、光熱電效應（PTE）、測輻射熱效應、等離子體波共振等。
根據産生光電流的主導機制不同，還可以将這些零偏探測器再分為兩類：一類是PTE或PV探測器，另一類是等離子波共振探測器。
為了增加石墨烯的吸收，可以采用量子點增強、天線耦合增強、等離子體增強等多種有效方式。石墨烯微帶邊緣與金屬電極直接接觸會阻礙等離子體共振的激發。
石墨烯制造方法的發展增加了石墨烯的應用，原因是石墨烯的制作方法不同，其性質決定了應用。除了最早發現石墨烯的機械剝離法外，還有液體剝離法、分子束外延、化學氣相沉積（CVD）、SiC外延生長等。
機械剝離生産的石墨烯品質高，但工藝難控制，生産的石墨烯難以量産（不同面積、不同層數），也難以生産大面積石墨烯。這些限制使得石墨烯太赫茲探測器難以制造。
CVD合成的石墨烯可以通過改變碳源氣體、沉積時間、溫度等因素來控制石墨烯的尺寸和層數。
盡管 CVD 生産的石墨烯品質很高，但合成的石墨烯附着在金屬基闆的表面。在制造探測器之前，它們仍然需要轉移到絕緣基闆上。
在轉移過程中，石墨烯很容易被污染或變脆，進而顯著影響石墨烯材料的性能。最常用的是聚合物支撐的轉移法，可以将石墨烯完全轉移到各種基材上，但轉移過程中的蝕刻液和殘留的聚合物污染會損害石墨烯的品質，對其流動性有害。
然而，石墨烯與襯底之間沒有介電隔離，襯底的電荷會影響探測器的性能。此外，生長環境惡劣、襯底價格高、生長效率低等因素也使得該方法也難以在近期實作量産。
石墨烯太赫茲探測器的制作也面臨諸多挑戰，在高溫和特定條件下，使用甲烷和氫氣或其他碳源的混合物将碳原子沉積在金屬表面，形成大面積石墨烯薄膜。化學氣相沉積主要包括熱CVD 、等離子增強 CVD 和熱絲 CVD。這些方法可以控制石墨烯的生長厚度和尺寸。
此外，電子束光刻、媒體層沉積、石墨烯金屬連接配接等器件制備過程中的标準工藝也需要開發，以制造高可靠性的石墨烯探測器。
CVD可以制備出大面積、與單晶性能一緻的石墨烯材料，可以采用直接轉移層法實作石墨烯的清潔無損轉移。
此外，不斷提出新結構的太赫茲探測器，以滿足不同環境的需要。采用石墨烯太赫茲探測器的成像系統可實作高清成像，石墨烯場效應管可實作高速通信。
未來它們将在醫療、反恐、通訊、天文探索等方面發揮重要作用。
