基于塔姆等离子体的近红外波长选择性热电子光电探测器

摘要： 由金属薄膜和分布式布拉格反射器（DBR）组成的塔姆等离子体（TP）结构能实现显著的光限制效应，使金属薄膜在TP共振波长处产生增强吸收。这种波长依赖性吸收可通过金属薄膜中高能热电子的内光电发射转化为电信号。本研究首次通过将TP结构顶部的金属薄膜替换为金属-半导体-氧化铟锡（M-S-ITO）构型的热电子器件，在实验上实现了1550纳米通信波段附近的波长选择性光响应。该M-S-ITO结被刻意设计为具有低能垒和非对称热电子产生特性，从而确保即使对于光子能量0.8电子伏特（1550纳米）的亚带隙入射光也能产生可测量的净光电流。由于M-S-ITO结构中金属薄膜与底层DBR之间激发的TP模式，所制备的TP耦合热电子光电探测器在1581纳米波长处呈现带宽43纳米的尖锐反射率凹陷。其光响应与吸收谱相匹配，在吸收峰波长1581纳米处达到最大值8.26纳安/毫瓦，当照明波长仅偏移52纳米（从1581至1529纳米）时响应度下降超过80%，从而实现了高调制波长选择性光电探测器。本研究展示了一种高性能、免光刻且波长选择性的热电子近红外光电探测器结构。