近期，光电工程学院光电器件课题组在表面等离激元诱导的等离子体热电子增强红外波段吸收和拓宽波长响应方面取得重要进展，相关成果以“Vertical tip-to-tip Interconnection p-n Silicon Nanowires for Plasmonic Hot Electron-Enhanced Broadband Photodetectors”为题发表于美国化学学会期刊ACS Appied Nano Materials（2021年影响因子5.097）上。

以硅材料为基础的光电探测器与CMOS工艺高度兼容，具备片上规模集成器件的潜力。但晶体硅由于自身性能缺陷（禁带宽度1.12eV），即硅对波长大于1100nm的红外光几乎无法吸收，这就对硅基光电探测器的红外工作波段、灵敏度产生了极大的限制。那么如何来拓宽波长响应范围成为该领域所面临的挑战。在本次工作中，梁海锋教授课题组利用焦耳热焊接，制备了尖端对尖端互连的p-n结硅纳米线光电探测器，结合宏观的材料器件光电性能测试，提出了宽光谱响应的物理机制模型。实验表明，该器件可以实现可见-近红外-短波红外（650-2200nm）宽光谱范围的光探测，由于超低的暗电流和较高的光响应，归一化开关比达到1048.6，器件响应度和归一化探测率分别在偏压5V、0V下达到最大值25.11mA/W、1.03×10¹⁰cm HZ^1/2W^-1。最后我们提出了一种光电流模型机制来证实该器件的高开关比和宽光谱响应性能：尖端对尖端互连的p型和n型硅纳米线在界面形成了p-n结，带隙内光生载流子在内建电场作用下有效分离产生光电流；p型硅纳米线与银纳米颗粒形成肖特基势垒，当银纳米颗粒受光激发时产生的等离子体热电子克服肖特基势垒，注入p型硅纳米线的导带，进而拓宽了探测器的红外波段响应范围。

本论文的第一作者是光电工程学院硕士研究生黄玉婷，通讯作者为梁海锋教授、刘卫国教授，该工作受到国防科技重点实验室基金研究、陕西省科技厅重点产业创新链、西安市智能检测与感知重点实验室等项目的资助。

本论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsanm.0c03048

文图：梁海锋         审核：周顺