《基於表面等離激元微納結構的熱載流子光電轉換研究》是依託蘇州大學，由詹耀輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於表面等離激元微納結構的熱載流子光電轉換研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：詹耀輝
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米光電子學是當前重大科學領域，在光電子器件納米化和集成化進程中，表面等離激元（SPs）發揮著重要作用，相關研究集中在SPs的光子學特徵及套用。本項目同時考慮SPs的光子學和電子學特徵，通過有機整合SPs的近場光學限制（亞波長熱點場）、微納金屬結構特徵吸收波長的高度可控性以及超薄介質膜的隧道結效應，研究SPs微納結構中熱載流子的激發、輸運和光電轉換機理以及控制措施。主要內容包括：設計激發SPs的新型微納金屬結構和整體器件架構，重點研究SPs的增強、調控和最佳化機制，探索光生熱載流子的激發新模式；從基本物理場出發透徹研究器件內部載流子的擴散和隧穿等效應，建立一套完整的描述熱載流子輸運過程的動力學模型；構築金屬微結構和熱載流子光電器件，系統研究器件光電轉換效率提升的有效途徑，研發具有自主智慧財產權的新型光電轉換器件。項目的開展有助於發掘亞波長器件光電轉換新機制，為高效光電探測和太陽能利用提供指導。
結題摘要
利用有限元方法建立了全場/散射場電磁模型，精確求解Maxwell方程組獲得光和微納結構的相互作用信息；根據熱載流子輸運的過程建立了完整的輸運模型，實現了精確仿真，為後續器件設計奠定了堅實基礎。結合納米光學的已有研究成果，創新設計微納結構，提出了若干熱載流子探測器結構方案，並最佳化結構參數和器件性能，並初步開展了前期探索性實驗。相對於傳統光柵結構，共形熱載流子探測器結構不但具有更高的淨吸收、光回響度，而且具有更窄的線寬；在可見光波段範圍內，共形結構在共振頻率下的光回響度為~0.032 mA/W，約為一般光柵探測器（~0.012 mA/W）的2.7倍。利用納米線徑向輸運特性，提出同軸熱電子收集方案，數值驗證了在光通信波段熱電子探測器在無偏壓條件下光回響度可達~200 nA/mW；在正向偏壓0.6V下，光回響度可達~600 nA/mW，理論上較光柵熱載流子探測器提升2-3個數量級。通過引入透明導電層作為一端電極，提出兩種典型的集成平面熱載流子器件，在一維光子晶體和上端金屬電極（或多層堆疊）之間形成Fabry–Pérot腔，增加電磁場強度和非對稱金屬吸收，從而實現光電回響度大幅提升。
