在智慧医疗向数字化发展的背景下，新一代光电探测器具有广泛的应用前景和巨大的市场价值。石墨烯材料载流子迁移率大、光学透明性优异、机械强度高等特点使其成为新一代光电探测器发展的宠儿。

大多数光电探测器采用固体半导体，很少使用液体作为传感单元，而传统的异质或同质PN结光电探测器制备设备昂贵且复杂，如需要先进的真空外延设备如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)，而这些器件对应的生长工艺对半导体PN结有着非常严格的材料晶格匹配。

这些器件对应的生长工艺对半导体PN结的材料晶格匹配有非常严格的要求，这限制了不同光源检测所需半导体的选择。此外，光激发载流子需要施加偏置电压作为施加驱动器来收集载流子，这另外增加了驱动电路的成本和能耗。

为了解决这个问题，浙江大学林世胜教授团队报道了一种基于水分子等偏振液体的新型石墨烯光电探测器。极性液体与N型半导体和石墨烯接触后，由于费米能级和极性液体化学势的差异，界面处的极性液体会被极化，并感应出相应的电荷位于固液两相界面。

在外部光源的照射下，半导体中产生大量的空穴电子对，这些光生载流子聚集在极性液体的两侧并输出瞬态光极化电流。

在外部光源的连续照射下，更多极性的液体分子被两侧聚集的新光生载流子极化，诱导水分子有序旋转并产生稳定的光极化电流，光极化电流增加通过引入离子溶液进一步实现。

此外，该工作提出了一种用于液体光电探测器的新型器件物理结构，利用石墨烯的柔性和高导电性，实现基于液体光电探测器的稳定、高精度的无创人体氧气监测功能。研究结果发表在《研究》上，题为“自驱动光偏振水分子触发石墨烯光电探测器”。

动态二极管的物理框架最初由林世胜教授课题组于2018年提出(授权国家发明专利：CN201810739256.2，授权美国发明专利：USPatent11,522,468)，此次独创利用水分子的快速机械旋转，开发出使用基于极性液体的分子尺度的自驱动光电探测器。这些光电探测器有效地避免了晶格匹配的需要，并在从深紫外到近红外的范围内实现了良好的检测性能。

与新型光电探测器相比，全固态器件在入射光激发后，光生载流子被内置电场瞬间分离，并且不会出现瞬态光极化电流。并且由于费米能级和化学势的不同，Gr/W/N-GaN和Gr/W/P-GaN表现出不同的方向性光电流输出。在光的激发下，大量光生载流子向界面漂移，使水分子极化。

使用极性液体的盐溶液代替去离子水，通过增加中间极性液体的电导率进一步改善光电流。作者接下来研究了器件与光功率和器件噪声的依赖性。结果表明，在低频下，器件以1/f噪声为主，同时器件表现出良好的光电转换稳定性和光功率依赖特性。

本工作通过根据待检测的波长自由选择合适的半导体与极性液体的组合，为突破异质结半导体光电探测器晶格匹配的限制提供了一种潜在的途径。在这项工作中，具有宽带吸收的GaAs被集成到光电转换测量装置中，成功地检测可见光和近红外波长。

作者成功地从光容脉搏波中提取了信号的交流和直流分量，其中交流分量主要来源于探测器通过流经动脉的血液吸收的光，它是血流变化的直接反映。血管直径。

最终实现了基于极性分子液体偏振光电探测器的稳定无创人体血氧监测功能，心率和血氧饱和度分别为69.7-74.2次/分钟和93.8-95.6%，与商用血氧计非常接近。同时。

本研究揭示了基于液体的高性能紫外光电探测器，其中将极性液体插入PN结中可以在光照下产生持续的光偏振电流。

在光照下，由于偏光片化学势和半导体费米能级的差异，光生电子和空穴会不断向固液界面移动，这为解决探测器受晶格限制的问题提供了新思路-匹配约束和任意可调的检测波长。

在未来的研究中，研究人员将专注于设计灵活的可穿戴健康监测设备，以实现重要的补充。他们还寻求解决目前限制异质结探测器晶格匹配的各种问题，并通过光电监测装置为人体无创健康评估提供各种关键信息。

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