基于表面等离激元的热电子探测器件设计

发布时间：2022-02-24 18:03

　　热电子探测器是能够将光能转化为电能的有效途径之一,其本质为光电转换器,是光电子链路的基本组成部分之一。随着微纳加工技术和纳米光子学的发展,器件逐渐向小型化、高响应、低成本的方向进化。基于表面等离激元的热电子探测器件因其具有能在纳米尺度操纵光、不受材料禁带宽度限制的特点,有效解决了传统光电转换器件体积较大和工作波段受限的弊端,已经在光电转换领域扮演十分重要的角色。目前已研制出各种工作在光通信窗口和其它波段的热电子探测器件,其中不乏二维材料和芯片集成热电子探测器的出现,广泛应用于生物传感、医疗仪器、国防、高端制造等领域。本课题就两种常见结构类型的热电子探测器件的光电性能进行全面仿真研究,并对其中一种进行实验制备,本论文的主要研究内容为:（1）通过有限元法研究了金属-绝缘层-金属（MIM）结构热电子探测器的光电特性,通过对材料和结构的优化,解决了此种结构常见的非对称性吸收较差的弊端,大幅提高了器件的陷光能力,有效增强了器件的光电性能,在同一共振波长处,净吸收率由16%增至95%,净响应度由1.85n A/m W增至10.4n A/m W,实现了一种极窄带响应（半高宽仅为5.4nm）。研究了各... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 表面等离激元热电子探测器研究现状
        1.2.1 表面等离激元热电子探测器国内研究现状
        1.2.2 表面等离激元热电子探测器国外研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 表面等离激元与热电子光电转换原理
    2.1 引言
    2.2 表面等离激元综述
    2.3 表面等离激元基本原理
        2.3.1 Drude模型
        2.3.2 表面等离激元的色散关系
        2.3.3 表面等离激元的激发方式
        2.3.4 表面等离激元的特征参数
    2.4 能带理论和电子分布规律
    2.5 本章小结
第3章 MIM金属光栅结构光电特性研究
    3.1 引言
    3.2 Au-TiO_2-Au结构热电子探测器
        3.2.1 MIM结构热电子转移机制
        3.2.2 MIM结构热电子探测器电学性能研究方法
    3.3 Au-TiO_2-ITO结构热电子探测器
    3.4 共形Au-TiO_2-ITO结构热电子探测器
        3.4.1 基本性能参数
        3.4.2 结构参数对器件性能的影响
        3.4.3 外加偏压与势垒高度对器件电学性能的影响
        3.4.4 入射角对响应度的影响
    3.5 二维共形Au-TiO_2-ITO结构热电子探测器
    3.6 本章小结
第4章 MS结构光电特性与器件制备方法研究
    4.1 引言
    4.2 热电子探测器的结构和热电子转移机制
    4.3 MS结构热电子探测器光学性能研究
    4.4 MS结构热电子探测器电学性能研究
    4.5 MS结构热电子探测器的实验制备
        4.5.1 硅片的预处理
        4.5.2 电子束蒸镀法
        4.5.3 电化学法
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Silica nanocone array as a template for fabricating a plasmon induced hot electron photodetector[J]. ZHIQIANG YANG,KANG DU,FANFAN LU,YANG PANG,SHIJIA HUA,XUETAO GAN,WENDING ZHANG,SOO JIN CHUA,TING MEI.  Photonics Research. 2019(03)
[2]二氧化硅的反应离子刻蚀工艺研究[J]. 杨光,苟君,李伟,袁凯.  微处理机. 2012(03)
[3]SF6/O2/CHF3混合气体对硅材料的反应离子刻蚀研究[J]. 周宏,赖建军,赵悦,柯才军,张坤,易新建.  半导体技术. 2005(06)

博士论文
[1]基于对称金属包覆介质波导的表面等离子波纳米器件的研究[D]. 俞海滨.上海交通大学 2015

硕士论文
[1]基于表面等离子体的慢光研究[D]. 贾晓宇.北京邮电大学 2015



本文编号：3643248