日前，中國科學(xué)院與東南大學(xué)合作的低成本高效硅基熱電子紅外光電探測(cè)器研究獲一系列新突破。據(jù)悉，他們首先提出了Au納米顆粒修飾Si金字塔結(jié)構(gòu)的方案，實(shí)驗(yàn)證明他們制備的這些器件的性能與那些精心設(shè)計(jì)、成本高昂的Si基近紅外光電探測(cè)器性能相當(dāng)，有望應(yīng)用在大規(guī)模熱光伏電池和低成本紅外檢測(cè)中。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的Nanotechnology期刊上。

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據(jù)了解，科研團(tuán)隊(duì)所采用的工藝十分簡(jiǎn)單：通過使用標(biāo)準(zhǔn)的各向異性化學(xué)濕蝕刻法來實(shí)現(xiàn)Si基金字塔的構(gòu)建；然后在其表面濺射一層Au薄膜；接著通過快速熱退火法形成修飾的金納米顆粒；隨后在金字塔那面通過磁控濺射沉積ITO薄膜，在另一面通過熱蒸發(fā)沉積鋁膜作為背電極；最后，樣品通過銦錫焊接到芯片載體上，就完成了探測(cè)器的制作。

他們發(fā)現(xiàn)金字塔表面增強(qiáng)了入射光子與Au納米顆粒之間的耦合效應(yīng)，因?yàn)檫@種金字塔表面減少了背反射光并使得光子在Au納米顆粒內(nèi)部多次反射，增加了入射光走的距離，而且Au納米粒子的引入還使得器件的局部電磁場(chǎng)產(chǎn)生了增強(qiáng)，從而使光子可以被顯著吸收，提高了光電轉(zhuǎn)換量子效率。

科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步采用了Au納米顆粒—介質(zhì)—金反射鏡的結(jié)構(gòu)，利用無序金屬納米顆粒的寬帶高光學(xué)吸收和Au/TiO2/Si組成的全向肖特基結(jié)，在光學(xué)與電學(xué)兩個(gè)方面同時(shí)入手提高光電轉(zhuǎn)換的內(nèi)外量子效率。這種密集的隨機(jī)熱點(diǎn)分布大大提升了光吸收與熱電子發(fā)射的效率，光電響應(yīng)度是目前最高結(jié)果之一，硅光電響應(yīng)截止波長(zhǎng)擴(kuò)展到近2um，展示了有效的近紅外硅基光電應(yīng)用。