單晶硅由于其成本較低、制造工藝成熟、高的載流子遷移率以及長期穩(wěn)定性等特點(diǎn)是一種理想的光敏感材料，然而相對于紫外光，傳統(tǒng)的硅基光電探測器對于可見和紅外光輻射往往表現(xiàn)出更強(qiáng)的靈敏度。為了實(shí)現(xiàn)紫外光檢測，硅基光電探測器通常需要配置濾光片以阻擋可見和紅外光子，這無疑會(huì)增加器件制造成本和復(fù)雜性。

日，我校微電子學(xué)院先進(jìn)半導(dǎo)體器件與光電集成實(shí)驗(yàn)室利用納米加工的方法制備出直徑約為45納米的硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，并利用單層石墨烯作為透明頂電極，獲得了一種基于石墨烯/小尺寸硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的自驅(qū)動(dòng)紫外光電探測器。器件分析表明，該器件對紫外光較為敏感，但對可見光和紅外光等其他入射光卻不敏感，典型的抑制比為25（圖1）。另外，該器件365 nm光照下的響應(yīng)度、比探測率和外部量子效率分別估計(jì)為0.151 A/W、1.37×1012Jones和62%，與其它基于寬禁帶半導(dǎo)體的光電探測器相比性能相當(dāng)甚至更好。這種反常的光電特性通過解析麥克斯韋方程發(fā)現(xiàn)與HE1m泄漏模式共振（LMR）有關(guān)，它能夠?qū)Ω鞣N材料的納米線結(jié)構(gòu)的吸收光譜進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，這種LMR高度依賴于納米線陣列的直徑和周期而對納米線長度與光的入射角度不敏感（圖2）。這些結(jié)果表明，窄帶隙半導(dǎo)體納米線結(jié)構(gòu)同樣可以構(gòu)建紫外光電探測器，這對于各種光電子器件和系統(tǒng)都非常重要。

該工作以“Leaky Mode Resonance-Induced Sensitive Ultraviolet Photodetector Composed of Graphene/Small Diameter Silicon Nanowire Array Heterojunctions”為題發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊ACS Nano, 2021, 15, 16729-16737。我校微電子學(xué)院2019級碩士生王俊杰同學(xué)為論文的第一作者，論文工作得到國家自然科學(xué)基金、中央高校基礎(chǔ)研究基金以及安徽省先進(jìn)功能材料與器件實(shí)驗(yàn)室開放基金資助。

論文鏈接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c06705