硅基近红外光电转换取得突破

最近，中国科学院苏州纳米技术与仿生学研究所陈琴课题组与东南大学王启龙教授密切合作，在低成本、高效率硅基热离子红外探测器方面取得了一系列进展。他们首先提出了金纳米粒子修饰硅金字塔结构的方案。实验证明，由它们制备的器件性能相当于设计良好、价格昂贵的硅基近红外探测器，有望应用于大规模热光伏电池和低成本红外探测。相关的研究结果发表在最近的纳米技术杂志上。

据报道，该研究小组采用的技术非常简单:硅基金字塔采用标准的各向异性化学湿法刻蚀方法构建；然后在表面溅射一层金膜；然后，通过快速热退火方法形成改性的金纳米粒子；随后，通过磁控溅射在棱锥面上沉积ITO薄膜，并且通过热蒸发在另一面上沉积铝膜作为背电极。最后，用铟锡将样品焊接到芯片载体上，从而完成检测器的制造。

他们发现，金字塔表面增强了入射光子和金纳米粒子之间的耦合效应，因为金字塔表面减少了背反射光并使光子在金纳米粒子内部多次反射，增加了入射光行进的距离，并且金纳米粒子的引入还增强了器件的局部电磁场，从而允许光子被显著吸收并提高了光电转换量子效率。

研究团队进一步采用金纳米粒子-介质-金镜结构，利用无序金属纳米粒子的宽带高光学吸收和金/二氧化钛/硅组成的全向肖特基结，提高光电转换的内外量子效率。这种密集的随机热点分布极大地提高了光吸收和热离子发射的效率。光电响应率是目前最高的结果之一。硅光电响应的截止波长延伸至近2um，证明了近红外硅基光电应用的有效性。(沈春雷和龙文)

《中国科学报》(第五版《创新周刊》，2017年9月25日)