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。相關研究結果發(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/半導體肖特基結形成電流，進而實現(xiàn)光向電的轉變，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構實現(xiàn)可控連續(xù)調節(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域至關重要的性能欠缺相應的研究。

      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和窄的熱電子能量分布，能夠產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，方便電子的快速轉移。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-光強的關系。
      (C)歸一化的單脈沖光電流響應。