日前，中国科学院与东南大学合作的低成本高效硅基热电子红外光电探测器研究获一系列新突破。据悉，他们首先提出了Au纳米颗粒修饰Si金字塔结构的方案，实验证明他们制备的这些器件的性能与那些精心设计、成本高昂的Si基近红外光电探测器性能相当，有望应用在大规模热光伏电池和低成本红外检测中。相关研究成果发表在近期的Nanotechnology期刊上。
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据了解，科研团队所采用的工艺十分简单：通过使用标准的各向异性化学湿蚀刻法来实现Si基金字塔的构建；然后在其表面溅射一层Au薄膜；接着通过快速热退火法形成修饰的金纳米颗粒；随后在金字塔那面通过磁控溅射沉积ITO薄膜，在另一面通过热蒸发沉积铝膜作为背电极；最后，样品通过铟锡焊接到芯片载体上，就完成了探测器的制作。
他们发现金字塔表面增强了入射光子与Au纳米颗粒之间的耦合效应，因为这种金字塔表面减少了背反射光并使得光子在Au纳米颗粒内部多次反射，增加了入射光走的距离，而且Au纳米粒子的引入还使得器件的局部电磁场产生了增强，从而使光子可以被显著吸收，提高了光电转换量子效率。
科研团队进一步采用了Au纳米颗粒—介质—金反射镜的结构，利用无序金属纳米颗粒的宽带高光学吸收和Au/TiO2/Si组成的全向肖特基结，在光学与电学两个方面同时入手提高光电转换的内外量子效率。这种密集的随机热点分布大大提升了光吸收与热电子发射的效率，光电响应度是目前最高结果之一，硅光电响应截止波长扩展到近2um，展示了有效的近红外硅基光电应用。
