【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】以光為信息載體實現(xiàn)通信的光通信技術(shù)，憑借優(yōu)異的速度傳輸性能和強大的信息容量成為現(xiàn)代社會重要的技術(shù)之一。其中硅光子學(xué)，與成熟的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造工藝兼容，并且伴隨著各類有源、無源的硅基光子器件的實現(xiàn)逐漸成為短程光通信中具前景的技術(shù)。執(zhí)行光電信號轉(zhuǎn)換的光電探測器是光電鏈路的基本組成部分之一，雖然硅基光電探測器廣泛應(yīng)用于可見光譜范圍(0.4-0.7μm)，但通訊窗口1.31μm和1.55μm的近紅外光子能量并不足以克服Si帶隙(1.12 eV)誘導(dǎo)光生電流，因此如何實現(xiàn)硅基探測器1.1μm以上的近紅外探測仍然是發(fā)展單片光電集成技術(shù)所面臨的難題。近年來，硅基肖特基二極管基于獨特的內(nèi)光電發(fā)射機制備受關(guān)注，它能在室溫下探測到能量低于硅帶隙的光，且材料結(jié)構(gòu)和制造工藝簡單廉價，有可能滿足純硅近紅外光電探測器的需要。然而傳統(tǒng)的金屬-硅結(jié)構(gòu)探測器存在響應(yīng)低的缺陷，用透明導(dǎo)電玻璃(ITO)代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬可以有效改善器件響應(yīng)度，但也面臨暗電流過大的問題，嚴重影響探測器的靈敏度。如何保證探測器對所需波長有響應(yīng)并且有足夠的響應(yīng)，同時進一步降低器件暗電流提升其靈敏度，是實現(xiàn)高性能近紅外硅基探測器的關(guān)鍵。
近日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心清潔能源實驗室研究人員通過在硅襯底上制備納米級的Au薄膜和ITO電極，在硅基肖特基光電探測器研究方面取得進展。實驗結(jié)果表明，高功函數(shù)Au的加入有效提高了肖特基勢壘高度從而極大地抑制了器件暗電流，-1V下的暗電流密度為3.7×10-7A/cm2，比無Au插入的ITO/n-Si器件暗電流密度降低了7000多倍，±1V下的整流比高達1.5×108，這是硅基肖特基紅外探測器目前所報道的好結(jié)果。同時基于Au是延展性好的金屬，進一步減小中間插入層Au的厚度，結(jié)果顯示2nm Au插入層能在保障器件暗電流性能的前提下明顯地提升響應(yīng)度，從而得到更高的光/暗電流比，大幅改善硅基肖特基光電探測器的整體性能。該工作作為一種具有低暗電流密度的硅基紅外光電探測器將為實現(xiàn)光通信中單片集成純硅光電探測器提供重要借鑒，期待未來在可見光至1.55μm甚至更長波段的光譜探測方面有重要應(yīng)用。
該研究結(jié)果近日以Hybrid Nano-Scale Au with ITO structure for High-Performance Near-Infrared Silicon-Based Photodetector with ultralow dark current為題發(fā)表在Photonics Research上。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金的支持。
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