【器件论文】表面等离激元调控 Ga₂O₃ 光探测器中的光子吸收、光响应及载流子注入

        由内蒙古大学的研究团队在学术期刊 Chinese Physics B 发布了一篇名为Surface plasmons regulate photon absorbance, photo response and carrier injection in Ga₂O₃ photodetectors（表面等离激元调控 Ga₂O₃ 光探测器中的光子吸收、光响应及载流子注入）的文章。

摘要

        超宽带隙半导体氧化镓（Ga₂O₃）具有约 4.9 eV 的天然宽带隙，已被广泛应用于构建日盲型深紫外（DUV）光探测器。为解决高暗电流和低光响应度这一长期存在的难题，研究人员引入了金属纳米结构表面等离激元以产生局域电场，从而提升光探测性能。入射光子会激发金属结构内的热电子，这些热电子随后注入光敏半导体层。当等离子体结构的共振峰与 Ga₂O₃ 层的吸收峰匹配时，局域表面等离子体共振（LSPR）会显著增强光子吸收和响应度。与此同时，局域化的界面势垒限制了载流子传输，从而有效抑制了暗电流。这种增强效应源于金属纳米粒子内部的电荷密度振荡，从而促进了强效的等离子体-激子耦合。在本综述中，系统地探讨了基于 Ga₂O₃、饰有金属纳米结构的日盲深紫外光探测器，涵盖了光导型、阵列型和异质结型架构。此外，还探讨了宽带检测机制、复杂等离子体设计以及亚波长光学领域的最新进展。与传统器件相比，等离子体增强型光探测器的响应度通常从约 0.1 A/W 提升至数十 A/W 以上，暗电流则降低了 1–2 个数量级。最后，本文概述了当前面临的挑战及未来展望。然而，纳米颗粒分布可控性差、稳定性问题，以及响应度增强与噪声增加之间的权衡等挑战仍有待解决。

DOI：

https://doi.org/10.1088/1674-1056/ae5f07