CN215220737U - 纳米棒异质结光电探测结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种纳米棒异质结光电探测结构，包括硅基底、二氧化硅层、若干组纳米棒异质结和源漏电极，所述二氧化硅层设置在所述硅基底上，所述纳米棒异质结均铺在所述二氧化硅层上方，所述源漏电极设置在所述纳米棒异质结的两侧，通过局域表面等离激元共振现象，当光照射在微纳结构上，形成局域表面等离激元共振，在等离激元诱导下，电子从金属中直接跃迁到半导体材料导带中，这种方式能够有效避免载流子转移过时弛豫、复合、束缚等过程的能量损失，从而解决了传统常规热电子跨越势垒转移途径热电子转移时所产生较高的能量损失的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种纳米棒异质结光电探测结构。
背景技术
1800年，英国天文学家Herschel利用分光镜和水银温度计首次发现了红外辐射，人类从此开始了对红外探测器的应用。在此之后红外探测发展速度较为缓慢，直至二战时期出现了第一个可以使用的PbS红外探测器，从此红外探测器已经成为了国防军事领域的重要应用，各个国家都开始大力发展红外探测器。以碲镉汞为代表的红外光电探测器在经历了三个阶段的发展后，趋于成熟能满足大部分需求，但是制造原材料对自然不友好、制造成本高等问题依然制约着发展。Ⅱ类超晶格红外探测器也是第三代红外探测器发展的主要方向，但它也面临着诸多问题：电子和空穴在空间上出现了分离,使超晶格光吸收系数较低；Sb化物的少子寿命、器件漏电流、高质量材料制备和成本等也是制约Ⅱ类超晶格红外探测器的原因。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种纳米棒异质结光电探测结构，旨在解决现有技术中的传统常规热电子跨越势垒转移途径热电子转移时所产生较高的能量损失的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的一种纳米棒异质结光电探测结构，包括硅基底、二氧化硅层、若干组纳米棒异质结和源漏电极，所述二氧化硅层设置在所述硅基底上，所述纳米棒异质结均铺设在所述二氧化硅层上方，所述源漏电极设置在所述纳米棒异质结的两侧；
每组所述纳米棒异质结包括CdSe纳米棒和Au纳米颗粒，所述Au纳米颗粒沉积在所述CdSe纳米棒上，且位于所述CdSe纳米棒的顶部。
其中，每组所述纳米棒异质结大小一致，位置分布均匀且呈有序排列。
其中，所述CdSe纳米棒的直径为20～30纳米，所述CdSe纳米棒的高度为 50～80纳米。
其中，相邻所述CdSe纳米棒的间距为30～45纳米，且间距大于或等于所述 CdSe纳米棒直径的1.5倍。
其中，所述源漏电极包括源极和漏极，所述源极和所述漏极相对设置并分别布置在所述纳米棒异质结的外侧。
本实用新型的一种纳米棒异质结光电探测结构，包括硅基底、二氧化硅层、若干组纳米棒异质结和源漏电极，所述二氧化硅层设置在所述硅基底上，所述纳米棒异质结均铺在所述二氧化硅层上方，所述源漏电极设置在所述纳米棒异质结的两侧，通过局域表面等离激元共振现象，当光照射在微纳结构上，形成局域表面等离激元共振，在等离激元诱导下，电子从金属中直接跃迁到半导体材料导带中，这种方式能够有效避免载流子转移过时弛豫、复合、束缚等过程的能量损失，从而解决了传统常规热电子跨越势垒转移途径热电子转移时所产生较高的能量损失的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的纳米棒异质结光电探测结构的结构示意图。
1-硅基底、2-二氧化硅层、3-纳米棒异质结、31-CdSe纳米棒、32-Au纳米颗粒、4-源漏电极、41-源极、42-漏极。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，本实用新型提供了一种纳米棒异质结光电探测结构，包括硅基底1、二氧化硅层2、若干组纳米棒异质结3和源漏电极4，所述二氧化硅层2 设置在所述硅基底1上，所述纳米棒异质结3均铺设在所述二氧化硅层2上方，所述源漏电极4设置在所述纳米棒异质结3的两侧；
每组所述纳米棒异质结3包括CdSe纳米棒31和Au纳米颗粒32，所述Au 纳米颗粒32沉积在所述CdSe纳米棒31上，且位于所述CdSe纳米棒31的顶部。
每组所述纳米棒异质结3大小一致，位置分布均匀且呈有序排列。
所述CdSe纳米棒31的直径为20～30纳米，所述CdSe纳米棒31的高度为 50～80纳米。
相邻所述CdSe纳米棒31的间距为30～45纳米，且间距大于或等于所述CdSe 纳米棒31直径的1.5倍。
所述源漏电极4包括源极41和漏极42，所述源极41和所述漏极42相对设置并分别布置在所述纳米棒异质结3的外侧。
在本实施方式中，采用以CdSe-Au纳米棒异质结为有源层，以热氧化300 纳米二氧化硅的硅片为衬底，在衬底两侧采用光刻、电子束蒸发和剥离技术制作上面共面波导传输线的源漏电极4(钛、铂)接触形成场效应管结构，在衬底上利用多孔阳极氧化铝(AAO)工艺，沉积出CdSe纳米棒31，在沉积Au纳米颗粒32后揭除AAO膜，得到CdSe-Au纳米棒异质结。
当光照射在所述的纳米棒异质结光电探测结构上，形成局域表面等离激元共振，使用量子效率较高的表面等离激元诱导界面电荷转移机制(PICTT)，在等离激元诱导下，电子从金属中直接跃迁到半导体材料导带中，这种方式能够有效避免载流子转移过时弛豫、复合、束缚等过程的能量损失，然后衰减形成的热电子通过PICTT的转移方式转移到临近的半导体从而实现电子的收集。
在电子集体振荡的过程中，电子-电子碰撞(时间尺度在10-100fs)会导致等离激元的去相干，等离激元能量通过激发带内电子跃迁(sp带)和带间电子跃迁(d带-sp带)转换到能量化的电子上，由于电子能量分布不是热平衡分布(与晶格之间未达到热平衡)，这种能量化的电子被称为热电子。
一方面，Au纳米颗粒32结构的局域表面等离激元共振(LSPR)由于颗粒尺寸比入射波长小很多，伴随着入射光的电场强度在金属颗粒中处处相等，即电势均匀变化，纳米粒子的响应可以近似由电偶极子来代替，当入射光波长与共振波长匹配时局域共振表面等离激元将被激发，金属中的自由电子在光场的驱动下开始相干集体振荡，此时金属纳米粒子与外界激发光场发生强烈的相互作用，吸收和散射截面均达到最大值，部分激发光场和纳米粒子发生耦合；另一方面，CdSe纳米棒异质结可以和金纳米颗粒产生强耦合作用，CdSe-Au纳米棒异质纳米结构中，由于两者的强相互作用，导致等离激元共振的强烈衰减，等离激元特征吸收峰消失，取而代之的是一个延伸到近红外区间的连续吸收带。同时，瞬态吸收光谱显示出由等离激元热电子转移导致的激子态漂白效应，这个热电子转移过程的寿命在20fs左右，与等离激元退相干的时间尺度相当，而常见的间接热电子转移过程发生在ps左右。这个过程被认为是等离激元衰减直接在CdSe导带上生成了一个电子，而在界面处的Au中生成了一个空穴。这种直接的PICTT热电子激发方式的量子效率达到了24％，远远高于常见的间接热电子转移过程，可以大大提高电荷输运的速率，从而提高器件的量子效率。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种纳米棒异质结光电探测结构，其特征在于，
包括硅基底、二氧化硅层、若干组纳米棒异质结和源漏电极，所述二氧化硅层设置在所述硅基底上，所述纳米棒异质结均铺设在所述二氧化硅层上方，所述源漏电极设置在所述纳米棒异质结的两侧；
每组所述纳米棒异质结包括CdSe纳米棒和Au纳米颗粒，所述Au纳米颗粒沉积在所述CdSe纳米棒上，且位于所述CdSe纳米棒的顶部。
2.如权利要求1所述的纳米棒异质结光电探测结构，其特征在于，
每组所述纳米棒异质结大小一致，位置分布均匀且呈有序排列。
3.如权利要求2所述的纳米棒异质结光电探测结构，其特征在于，
所述CdSe纳米棒的直径为20～30纳米，所述CdSe纳米棒的高度为50～80纳米。
4.如权利要求3所述的纳米棒异质结光电探测结构，其特征在于，
相邻所述CdSe纳米棒的间距为30～45纳米，且间距大于或等于所述CdSe纳米棒直径的1.5倍。
5.如权利要求4所述的纳米棒异质结光电探测结构，其特征在于，
所述源漏电极包括源极和漏极，所述源极和所述漏极相对设置，并分别布置在所述纳米棒异质结的外侧。
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| CN202121197794.7U CN215220737U (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 纳米棒异质结光电探测结构 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117293208A (zh) * | 2023-09-07 | 2023-12-26 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 基于硫化铅/硅复合结构的光电探测器及其制备方法 |
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2021
- 2021-05-31 CN CN202121197794.7U patent/CN215220737U/zh active Active
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| CN117293208A (zh) * | 2023-09-07 | 2023-12-26 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 基于硫化铅/硅复合结构的光电探测器及其制备方法 |
| CN117293208B (zh) * | 2023-09-07 | 2024-05-10 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 基于硫化铅/硅复合结构的光电探测器及其制备方法 |
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