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合肥研究院等離子增強寬波段光電探測器研究獲進展 作為傳統(tǒng)的紅外材料，硫化鉛廣泛應用于紅外探測領(lǐng)域。近年來，由于納米材料的量子尺寸局域效應，納米型硫化鉛材料被廣泛研究并應用于可見光探測器，表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。對薄膜硫化鉛探測器而言，目前其光電響應仍不理想，需要進一步提高薄膜硫化鉛探測器的響應性能。 常見貴金屬納米材料如Au、Ag、Pt、Cu等，具有表面等離子共振特性，能夠在其周圍產(chǎn)生強烈的電磁場增強。這種等離子共振增強特性可以應用于光活性器件中，如光發(fā)射二極管、太陽能電池、光電探測器、光催化系統(tǒng)等。相比于分布雜亂無序的貴金屬結(jié)構(gòu)來說，規(guī)整有序的金屬結(jié)構(gòu)能夠進一步增強其表面等離子共振效應。具有有序排列的貴金屬結(jié)構(gòu)如金屬孔陣列、金屬天線陣列、金屬光柵結(jié)構(gòu)等可以通過調(diào)控其周期結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)控其等離子共振頻率特性，進而達到選擇性增強的目的。 基于以上研究現(xiàn)狀，費廣濤課題組碩士研究生謝秉合等采用化學浴沉積法制備出PbS薄膜，利用超薄雙通二氧化鈦多孔膜為模板構(gòu)筑有序Au陣列/PbS薄膜復合光電探測器。由于Au有序陣列的等離子共振增強效應，復合薄膜光電探測器的響應率相比于純PbS薄膜探測器得到125-175%的提高。進一步研究發(fā)現(xiàn)，這種增強表現(xiàn)出明顯的波長選擇性，當改變金納米陣列的高度時，探測器響應率的最強增強波長位置會發(fā)生變化，即隨著高度由30nm增加到120nm，最強增強峰位從可見光波段(450nm)逐漸紅移到近紅外波段(980nm)。該項工作將為等離子共振增強光電探測器研究和發(fā)展提供新的思路和途徑，并表現(xiàn)出潛在的應用價值。 研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃課題和國家自然科學基金的資助。  圖1.金納米棒陣列修飾的硫化鉛薄膜的掃描示意圖  圖2.不同激光光照度下PbS薄膜(H=0nm)和不同高度Au納米棒(H=30、60、90、120nm)修飾的PbS薄膜的I-T曲線特性。入射光波長分別為(a)450nm；(b)532nm；(c)660nm；(d)980nm。光功率均為54.16 mW/cm2。  圖3.(a)有限時域差分模擬金納米棒(H=30、60、90、120nm)附近截面電場分布示意圖；(b)不同高度的Au納米棒(H=30、60、90、120nm)修飾的PbS薄膜的相對光電流增長與入射光波長的依賴關(guān)系。 論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2018/TC/C7TC04884J |
