具有陷光效应的纳米阵列在高性能光伏型近红外光探测器中的应用

所制备的器件性能图及其光学模拟结果

红外光是一种比可见光的波长大的电磁波,红外光技术在民用和军用方面均发挥着十分重要的作用。近些年,人们已经开发出光电导型、光伏型以及光磁电型等多种近红外探测技术,以便进一步完善红外光的应用。在这几种探测器中,光伏型的光电二极管红外探测器不仅具有灵敏度高、响应速度快等特点,它还不需要外加电压下就可以实现对红外光进行探测,更加环保节能。有鉴于光伏型红外光探测器的这些优点,合肥工业大学电子科学与应用物理学院罗林保教授课题组提出了一种新型n-型GaAs纳米锥阵列/单层石墨烯形成的肖特基二极管红外光探测器。这种光伏型的光探测器无需外加电压即对近红外光进行有效探测

与传统的薄膜器件相比,构成此类型的红外探测器的一维GaAs纳米锥阵列具有非常好的光学特性。基于时域有限差分方法(FDTD)的理论模拟发现它能将入射的大部分红外光有效地束缚在纳米结构内部或GaAs/石墨烯界面附近,这种奇特的陷光效应对光探测的器件性能非常有益。器件的电学分析表明该近红外探测器具有明显的整流特性,开启电压为0.6 V。同时该近红外探测器在红外光光照下具有明显的光伏特性。进一步的器件分析显示这种光伏型的红外光探测器在零偏压下,对波长为850 nm的近红外光有着很快的响应速度(上升速度:72 μs, 下降时间: 122 μs)。同时对于在变化频率为50-2000 赫兹的脉冲光也具有很好的可重复性。这些结果表明这种器件在未来的光电子器件中将有十分重要的应用。