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(cè)器研究方面取得進(jìn)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(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(dǎo)體肖特基結(jié)形成電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光向電的轉(zhuǎn)變，并實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)。由此，人們近期發(fā)展了一種新的由金屬/半導(dǎo)體肖特基結(jié)組成的等離熱電子光探測(cè)器。相對(duì)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體探測(cè)器，這種探測(cè)器具有特殊的優(yōu)點(diǎn)：它能夠探測(cè)能量小于半導(dǎo)體帶隙的光子，并且其響應(yīng)波長(zhǎng)可以通過(guò)控制金屬納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可控連續(xù)調(diào)節(jié)。近年來(lái)，針對(duì)等離熱電子光探測(cè)器的研究大多數(shù)集中在熱電子探測(cè)器的響應(yīng)度提升方面，而對(duì)探測(cè)率和響應(yīng)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(yīng)的研究。

      銀/氧化鈦肖特基結(jié)被認(rèn)為是一種理想的熱電子探測(cè)器構(gòu)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(zhuǎn)換效率。另一方面，氧化鈦具有高的導(dǎo)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(cè)器預(yù)期會(huì)有高的探測(cè)率和快的響應(yīng)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(cè)器(圖1)。該探測(cè)器表現(xiàn)出快的響應(yīng)速度和高的探測(cè)率，在波長(zhǎng)為450 nm的光照和零偏壓條件下，其光響應(yīng)上升和下降時(shí)間分別為112μs和24μs，探測(cè)率為9.8×1010 cmHz1/2/W(圖2)，這兩個(gè)性能指標(biāo)均高于之前文獻(xiàn)的報(bào)道。進(jìn)一步，他們通過(guò)降低肖特基勢(shì)壘高度使器件的光響應(yīng)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(cè)器的研制和性能提升提供了參考和指導(dǎo)。

      本項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和CAS/SAFEA國(guó)際創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)合作計(jì)劃的支持。

      (A)孔陣列銀/氧化鈦復(fù)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(fù)合膜的SEM照片。
      (C)孔陣列銀/氧化鈦探測(cè)器的光譜響應(yīng)。
      (D)等離熱電子參與光電流響應(yīng)的能帶示意圖。


      波長(zhǎng)450 nm的光照射下的光電流響應(yīng)。

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