Au/TiO_(2)复合纳米结构增强热电子光电探测器宽谱响应性能

作     者：郭思彤 邱开放 王文艳 李国辉 翟爱平 潘登 冀婷 崔艳霞 Guo Sitong;Qiu Kaifang;Wang Wenyan;Li Guohui;Zhai Aiping;Pan Deng;Ji Ting;Cui Yanxia

作者机构：太原理工大学物理学院山西太原030024 太原理工大学光电工程学院山西太原030024 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司山西吕梁035300 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2023年第52卷第3期

页      面：340-350页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金(U21A20496,61922060,61905173,61775156,61805172,12104334,62174117) 山西省自然科学基金面上青年基金(20210302123154,20210302123169) 山西省回国留学人员科研资助项目(2021-033) 山西浙大新材料研究院基础研究类项目(2021SX-FR008) 吕梁市高层次科技人才引进专项项目(Rc2020206,Rc2020207) 

主　　题：光电探测器 表面等离激元 金属纳米结构 热电子 宽谱 

摘      要：宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子,将它们与宽带隙半导体构成异质结构,便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO_(2)复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO_(2)层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构,Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO_(2)复合纳米结构的协同作用,该器件在400~900 nm范围内具有宽谱光吸收性能,器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上,该器件能够探测TiO_(2)本征吸收波段以外的入射光子。例如,在600 nm波长处,器件的响应率为9.67μA/W,线性动态范围为60 dB,器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外,利用有限元法进行了仿真计算,通过电场分布图验证了Au/TiO_(2)复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。