近期，固體所在銀/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展。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Nanophotonics(Nanophotonics,8(7),1247-1254(2019))上。

      光可以在金屬表面激發(fā)出等離基元，等離基元可以進一步激發(fā)出高能熱電子，這些熱電子可以越過金屬/半導體肖特基結(jié)形成電流，進而實現(xiàn)光向電的轉(zhuǎn)變，并實現(xiàn)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(jié)組成的等離熱電子光探測器。相對于傳統(tǒng)的半導體探測器，這種探測器具有特殊的優(yōu)點：它能夠探測能量小于半導體帶隙的光子，并且其響應波長可以通過控制金屬納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)可控連續(xù)調(diào)節(jié)。近年來，針對等離熱電子光探測器的研究大多數(shù)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在光成像和光通信領(lǐng)域至關(guān)重要的性能欠缺相應的研究。

      銀/氧化鈦肖特基結(jié)被認為是一種理想的熱電子探測器構(gòu)建材料。一方面，銀具有高的等離局域場和窄的熱電子能量分布，能夠產(chǎn)生高的光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面，氧化鈦具有高的導帶態(tài)密度，方便電子的快速轉(zhuǎn)移。因此，基于銀/氧化鈦肖特基結(jié)的熱電子探測器預期會有高的探測率和快的響應速度。

      固體所科研人員基于孔陣列銀/氧化鈦肖特基結(jié)制備了等離熱電子光探測器(圖1)。該探測器表現(xiàn)出快的響應速度和高的探測率，在波長為450 nm的光照和零偏壓條件下，其光響應上升和下降時間分別為112μs和24μs，探測率為9.8×1010 cmHz1/2/W(圖2)，這兩個性能指標均高于之前文獻的報道。進一步，他們通過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。相關(guān)研究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。

      本項研究工作得到了國家自然科學基金和CAS/SAFEA國際創(chuàng)新研究團隊合作計劃的支持。

      (A)孔陣列銀/氧化鈦復合膜在真空條件下的肖特基型電流-電壓曲線。
      (B)銀/氧化鈦復合膜的SEM照片。
      (C)孔陣列銀/氧化鈦探測器的光譜響應。
      (D)等離熱電子參與光電流響應的能帶示意圖。


      波長450 nm的光照射下的光電流響應。

      (A)器件在零偏壓條件下，對不同功率的脈沖入射光的響應。
      (B)光電流-光強的關(guān)系。
      (C)歸一化的單脈沖光電流響應。