光电探测器作为将光信号转变为电信号的手段,在医疗、安防、传感检测、夜视成像等民用和军用领域有着广泛而重要的应用。随着光电探测器研究与开发的不断成熟,以硅、锗等半导体材料为基础的传统光电探测器在增益提升等方面的发展已趋于瓶颈期,人们迫切需要为光电探测技术寻找新的材料。自2004年以来,石墨烯引起了科学界的关注。石墨烯凭借超高的载流子迁移率、超宽的吸收光谱、稳定的物理结构和化学性质在半导体和电子元器件领域占领了一席之地。石墨烯与其他材料复合结构的光电探测器也逐渐被开发出来,在高增益光电转换方面展现了良好的前景。然而该类探测器的参数受器件尺寸影响很大,为同类器件之间光电特性的比较造成了困难。因此,本课题以石墨烯和本征硅复合的高增益光电探测器为切入点,针对该类器件光电性能及噪声模型与器件沟道尺寸的依赖关系进行了研究。首先,通过化学气相生长、湿法转移、光刻加工、蒸镀刻蚀等技术不仅获得了高质量的石墨烯薄膜,而且将其与本征硅及金属电极相结合成功制备了具有特定图案的光电探测器结构;接着,利用各类光学及电学测试平台对一系列不同尺寸的石墨烯本征硅复合光电探测器包括光学结构、光暗电流、响应度与探测率等光电性能进行了测试、表征与分析,获得了不同尺寸光电探测器对增益情况的影响,得到了器件的净光电流、比探测率随器件尺寸增大而增大的重要结论;然后,以低频噪声作为切入点进行实验测试,得出了器件噪声电压、噪声电流等参数随沟道长度增大而减小的主要结论,并将实际测得的噪声电流与散粒噪声理论模型进行了比较研究。本课题的系统研究明确了石墨烯复合结构光电探测器的光电性能与尺寸有关,并指出了基于散粒噪声模型评估器件低频噪声参数的不合理性。本研究成果为高增益石墨烯复合结构光电探测器的性能评估提供了较准确的参考,加深了对此类探测器光电转换机制的理解,为其最终走向实际应用奠定了一定基础。