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利用近场辅助激发增强硅光电探测器的光敏性

DOI：10.1038/s42005-019-0173-1 期刊：Communications Physics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 硅是电子器件技术中不可或缺的材料。然而，硅属于间接带隙材料，因此其需要声子辅助的激发效率在传播远场光下较低。为提高激发效率，本文采用纳米尺度受限的光学近场激发——根据不确定性原理，该近场可激发不同波数间的带间跃迁，从而直接激发间接带隙中的载流子。为评估纳米尺度受限光学近场的效果，我们制备了以金纳米颗粒为场限制源的横向硅p-n结，观察到光敏率提升47.0%。此外，通过消除远场激发的薄层横向p-n结，证实光敏率提高了42.3%。
作者： T. Yatsui，S. Okada，T. Takemori，T. Sato，K. Saichi，T. Ogamoto，S. Chiashi，S. Maruyama，M. Noda，K. Yabana，K. Iida，K. Nobusada
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了提高间接带隙材料硅的激发效率，采用纳米尺度约束的光学近场激发方式，从而无需声子辅助直接激发间接带隙中的载流子。

研究成果

研究表明，通过引入金纳米粒子作为光学近场（ONF）源，光激发效率得到提升，光敏率最高可提高47.0%。结果表明，利用光学近场源的场限制效应可能产生较大的波矢量变化（Δk），在光电探测器和太阳能电池领域具有潜在应用价值。

研究不足

金纳米颗粒的小覆盖范围（1.8%）可能会限制光敏率的增长。该研究还指出，基于不确定性原理，金纳米颗粒的尺寸依赖性与ONF提出的直接光学跃迁理论之间存在矛盾。

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