双重等离子共振自驱动高性能宽波段Si肖特基光电探测器的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jasonlau999
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光电探测器是一种利用光电效应将辐射能转化为电信号的器件,它是光电系统的重要组成部分。其中宽波段光电探测器在多波长成像、通讯、过程控制以及安全监控方面均具有重要的应用价值。目前光电探测器的探测范围主要由光敏材料的禁带宽度决定。然而由于缺少具有宽波长响应的单一材料,往往需要复杂的制备流程将多种材料结合在一起才可以制备得到探测波长范围覆盖广的光电探测器,这严重束缚了宽光谱光电探测器的发展。本课题提出一种新型等离子体共振光电探测器件结构,以减少探测器对光敏半导体禁带宽度的依赖,通过双重等离子体共振电极,拓宽探测器的光电探测波长范围,同时获得较高的器件性能。主要工作内容是在平面硅肖特基光电探测器中引入金纳米颗粒(AuNPs)/石墨烯(Graphene)/AuNPs混合电极,系统研究混合电极对硅(Silicon,Si)肖特基光电探测器性能的影响及内在机理。实验和理论模拟结果显示两层金纳米颗粒间通过单层石墨烯分隔,间距为亚纳米量级,双重等离子体共振效果相比于单层金纳米颗粒显著增强,形成了大量光生热电子。与此同时混合电极的特殊结构保证了热电子的有效传输,因此探测器最终的有效探测波长范围为360-1330nm。其可在紫外-可见-近红外工作,光电探测器在紫外波段的探测性能得到了改善,并在长波波段打破了Si自身1.2ev禁带宽度的束缚。此外由于混合电极与Si形成肖特基结,因此该探测器可在零偏压下工作,节省能耗。同时探测器具有优异的高频性能,3dB带宽为780kHz,响应速度约为360ns,噪声等效功率仅为1.6×10-8 W。此研究成果为等离子共振光电探测器的研究及性能提升提供了很好的借鉴,可以推进双重等离子共振在光电器件中的应用。
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