研究目的
开发高折射率材料嵌入式沟槽状（ETL）有源天线，用于提高光电响应度，并在硅基器件中实现通信波段的全向宽带光电探测。
研究成果
ETL天线策略显著提高了光电响应度，实现了全向和宽带光电探测，使其在光电子学、能量收集和传感领域具有广阔的应用前景。
研究不足
该研究在大面积应用的可扩展性方面可能存在局限，且由于制造缺陷可能导致器件性能出现波动。若要实现更广泛的适用性，有必要对结构参数进行优化。
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用于通信波长高响应度全向光电探测的有源天线硅基嵌入式沟槽
DOI：10.1021/acsami.8b15914
期刊：ACS Applied Materials & Interfaces
出版年份：2019
更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要：
尽管近期关于利用等离激元纳米结构实现半导体带隙能量以下光探测的研究已十分深入，但这类基于热电子的器件效率始终较低——这是由于热电子在金属纳米结构活性天线中迁移和传递时不可避免地存在能量损耗。本研究提出高折射率材料嵌入式沟槽状（ETL）活性天线概念，可在金属-半导体界面下方超浅区域（约10纳米）实现近100%吸收率，该距离远小于贵金属层中热电子的平均自由程。基于这种ETL活性天线，我们在零偏压条件下分别获得1310纳米和1550纳米波长处5854 nA·mW?1与693 nA·mW?1的光响应度，显著高于现有大多数工作于光通信波段、基于活性天线的硅光电探测器。此外，ETL天线策略保持了全向宽带光响应特性，在低功率密度光照（低至11.1 μW·cm?2）下仍具有优异的线性检测度（R2=0.98889）。当入射角从垂直方向变化至60°时，ETL天线器件的光响应变化幅度小于10%。这些ETL基器件兼具高响应度与宽带全向探测能力，在硅光子学、能量收集、光催化及传感器件等诸多热电子光电子应用领域展现出重要潜力。
作者：
Keng-Te Lin，Hsuen-Li Chen，Yu-Sheng Lai，Ching-Che Lin，Lung-Tai Shiu，Chih-Jie Chan
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