上海交大纳米体系高性能光电材料研究获重要进展[图]

近日，德国Small【Small 13, 1701726 (1-8), IF:8.643】以封面论文(back cover)形式报道了上海交通大学物理与天文学院光科学与工程研究中心王辉教授课题组提出的硅纳米线修饰的纳米银颗粒/硅结构中局域表面等离子体激发的高性能位置灵敏光电探测器研究成果：Localized Surface Plasmon Induced Position-Sensitive Photodetection in Silicon-Nanowire-Modified Ag/Si，该论文的第一作者为王辉教授指导的博士生梅春练。

可见光波段和近红外光电探测器在民用生产生活和军事技术等各个领域都有广泛的用途，探索具有高灵敏度、宽光谱响应范围的光电探测元件是长期以来的研究热点。其中，硅是工业生产最常采用的具有众多良好性能的半导体材料。然而，由于晶体硅是间接带隙材料，对入射光的有效吸收非常有限，从而限制了光信号到电信号的转化比例，直接影响了光电器件的灵敏度。理论和实验结果表明，通过硅纳米线对硅表面形貌进行修饰和利用银纳米颗粒激发局域表面等离子体是两种促进光吸收和光生载流子输运过程的有效方法。

王辉教授研究团队采用金属辅助化学刻蚀的方法在晶体硅表面制备纳米线阵列结构，用磁控溅射在其表面沉积银的纳米颗粒，这种方法简单成本低，可重复性强，而且样品均匀性好。硅纳米线具有很好的降低入射光反射的效果，有效增加了光吸收率。从可见光到近红外波段，纳米尺度的贵金属银都能够激发很强的局域表面等离子体，所形成的“热点”附近的电场强度也会明显增强。在光谱学上，这一性质可以应用于表面增强拉曼散射，在对低浓度10 ^-8 M罗丹明6G检测中获得了十分明显的拉曼信号。在电学特征上，较之传统的银薄膜/硅体材料，实验上在这种结构中获得了最大53倍增强的侧向光伏效应，在2.5mm线性范围内具有最大65.35mV/mm的灵敏度，在405-980 nm的宽波段范围内都具有高线性度、强灵敏度的光电响应。实验和理论表面，基于局域表面等离子体，硅纳米线修饰的银/硅结构能够有效地促进光吸收和增强光电信号的转化，提高光电探测器性能。