中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所在銀/氧化鈦肖特基二極管等離熱電子光電探測器研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究結果發(fā)表在Nanophotonics (8(7), 1247-1254(2019))上。
光可以在金屬表面激發(fā)出等離基元，等離基元可以進(jìn)一步激發(fā)出高能熱電子，這些熱電子可以越過(guò)金屬/半導體肖特基結形成電流，進(jìn)而實(shí)現光向電的轉變，并實(shí)現光電探測。由此，人們近期發(fā)展了一種新的由金屬/半導體肖特基結組成的等離熱電子光探測器。相對于傳統的半導體探測器，這種探測器具有特殊優(yōu)點(diǎn)：它能夠探測能量小于半導體帶隙的光子，并且其響應波長(cháng)可以通過(guò)控制金屬納米結構實(shí)現可控連續調節。近年來(lái)，針對等離熱電子光探測器的研究大多數集中在熱電子探測器的響應度提升方面，而對探測率和響應速度這兩個(gè)在光成像和光通信領(lǐng)域至關(guān)重要的性能欠缺相應研究。
銀/氧化鈦肖特基結被認為是一種理想的熱電子探測器構建材料。一方面，銀具有高的等離局域場(chǎng)和窄的熱電子能量分布，能夠產(chǎn)生高的光電轉換效率。另一方面，氧化鈦具有高的導帶態(tài)密度，方便電子快速轉移。因此，基于銀/氧化鈦肖特基結的熱電子探測器預期會(huì )有高的探測率和快的響應速度。
合肥研究院固體所科研人員基于孔陣列銀/氧化鈦肖特基結制備了等離熱電子光探測器。該探測器表現出快的響應速度和高的探測率，在波長(cháng)為450 nm的光照和零偏壓條件下，其光響應上升和下降時(shí)間分別為112 μs和24 μs，探測率為9.8×1010 cmHz1/2/W，這兩個(gè)性能指標均高于之前文獻的報道。進(jìn)一步地，他們通過(guò)降低肖特基勢壘高度使器件的光響應度從3.4 mA/W提升到7.4 mA/W。該研究成果為等離熱電子光探測器的研制和性能提升提供了參考和指導。
該研究工作得到國家自然科學(xué)基金和CAS/SAFEA國際創(chuàng )新研究團隊合作計劃的支持。
