基于表面等离子共振增强的近红外纳米光电探测器

红外光是一类波长介于微波与可见光之间的电磁波。红外探测器可以将这种电磁辐射转变成电压或电流信号,进而实现对红外光进行分析的光电转换器件。随着科学技术的迅速发展,红外探测器不仅在导弹的制导与跟踪、夜视等军事领域有着十分重要的应用,而且在工业自动化控制、热流研发、疾病诊断等民用领域也同样有着非常广泛的应用前景。迄今为止,人们已经开发出光电导型、光伏型、光电磁型、量子阱型等多种红外光电探测器。虽然这些器件在灵敏度、增益、响应时间等方面都有明显优势,但是这些器件仍然不能满足人们对高性能光探测器的需求。有鉴于此,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基于表面等离子体共振技术的近红外纳米光探测器,相关结果发表在Small上

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表面等离子体纳米近红外光探测器的示意图及其器件性能

大量研究表明与常规块材或薄膜材料相比,一维半导体由于更加优异的光学、电学等性质,这使得它们成为制备高性能光电器件的最佳选择。然后,不可否认目前多数一维半导体纳米结构的厚度通常只有几十纳米,这么小的直径很难吸收足够的入射光,这大大的限制了这类光探测器的器件性能。为了解决这个问题,该课题组提出利用金纳米颗粒的表面等离子体特性来提高光电子器件对入射红外光的捕获和吸收,进而提高探测器的灵敏度效率。在此工作中,他们利用物理蒸发并结合快速退火的方法在CdTe纳米线的表面修饰了直径为10-60 nm的金纳米颗粒。实验和基于时域有限差分方法(FDTD)的理论计算皆表明所修饰的金纳米粒子显示出典型的局域表面等离子共振特性。这能够有效束缚入射的红外光,并将基于Au@CdTe纳米线光探测器的光电流由2.2 nA提高到109.6 nA, 相应的增益由5.56×102大幅提高到3.51×104。于此同时他们还发现,在未修饰金纳米粒子之前,器件对510 nm波长几乎没有响应,但是表面修饰以后,器件在此波长附近有一个明显的响应。毫无疑问,这种表面等离子共振技术将为研发新型高性能的光电探测器提供新的思路。