石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料,其超高的电子迁移率、独特的能带结构、极低的能态密度和可调谐的载流子浓度等性质,使之成为了近年来光电探测特别是红外探测领域的研究热点。本文以石墨烯-金异质结为研究对象,实验制备了石墨烯-金平面异质结器件并测试了其红外探测性能,揭示了石墨烯-金异质结的光电响应特点和相关物理机制。论文首先运用能带理论对石墨烯和金构成的平面异质结的光电性质进行了分析,随后设计并制备了基于石墨烯-金异质结的可见光-红外光电探测器件。此外,本文还运用有限元电磁仿真工具Ansoft HFSS对“金属-介质-石墨烯-天线”等离子体结构进行了设计和仿真,在实验和理论上研究了该结构在中红外波段的光吸收特性。论文的主要内容和研究成果包括:(1)利用能带理论分析了石墨烯-金异质结独特的能带结构和光电探测机制,并据此设计出一种梳状金电极和单层石墨烯构成的平面异质结光伏探测器件。根据经典能带理论,构建了石墨烯-金异质结能带结构,结果表明该异质结结构可能会通过光伏效应产生光电压。(2)实验制备出石墨烯-金异质结红外探测器件样品。主要的器件制备工艺包括石墨烯的制备与转移、梳状金电极的图形化制备等。(3)对石墨烯-金异质结探测器件的性能进行了测试,揭示了其光电探测的机理。实验结果表明,该异质结器件在可见光到近红外(405 nm-980 nm)范围内有明显的光伏响应,其响应度与光波长成反比,并且在980 nm处表现出明显的截止效应。能带结构分析表明该截止响应波长是由石墨烯的带间跃迁频率选择决定的。此外,该异质结的光伏响应随入射光功率增加而减小,在光强较大时具有明显的饱和效应,并且与石墨烯与金的接触边缘区域的大小成正比。(4)实验实现了基于等离子体光学天线增强的石墨烯光吸收。运用有限元电磁仿真工具Ansoft HFSS,设计并制备了“金属-介质-石墨烯-金属”等离子体吸收增强结构,红外光谱测试表明该器件在天线基模处具有明显的吸收增强效应。本论文实现了石墨烯-金异质结光电探测器件,在实验上测试了石墨烯-金异质结的光伏响应特点,并揭示了相关物理机理,对于石墨烯异质结的光电特性研究及新型石墨烯探测器件的研制具有参考价值。