你们知道新型纳米森林结构能显著提升光电探测器性能吗

摘要：中国科学院微电子研究所毛海央研究员课题组与中国科学院长春光机所李绍娟研究员课题组、中北大学熊继军教授课题组合作，通过使用等离子体轰击聚合物工艺并结合金属纳米颗粒的磁控溅射工艺，得到了一种对偏振和入射角不敏感的宽谱高吸收复合纳米森林结构，通过将该结构原位集成于MEMS热电堆传感器上实现了器件输出电压的显著提升。

该成果以”Quasi-ordered nanoforests with hybrid plasmon resonances for broadband absorption and photodetection” 为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

太阳能被认为是一种可再生、免费、清洁和广泛可用的能源，宽光谱高吸收结构体可以高效率地利用太阳能。近年来，探索在宽光谱范围内具有高吸收系数的材料或结构引起了广泛关注。基于等离激元共振效应的光吸收材料与结构因其在特定范围内超高的吸收率以及超强的光-电、光-热转化能力而受到广泛关注。

但是，可激发等离激元共振效应的传统结构其高吸收波段的带宽一般较窄，大大降低了对光的利用效率，限制了结构的应用。另外，传统制备等离激元结构的工艺一般较为复杂，常需依赖尖端设备，这也进一步限制了它们与微器件的大规模集成应用。

作者创新性地利用银纳米颗粒包裹的准有序纳米森林结构（Ag-QNF）来实现多重杂化等离激元共振效应，得到了太阳光谱（300nm-2500nm）范围内的高吸收，且对光的偏振和入射角度不敏感。这种结构制备简单，又具有良好的工艺兼容性，可原位集成在MEMS热电堆传感器上，实现器件性能的显著提升。

本文亮点

1. 利用在聚酰亚胺（PI）中添加硅烷偶联剂（SCA）并使用等离子体轰击的方法，通过简单的工艺流程制备了准有序纳米森林结构。

2. 利用银纳米颗粒包裹的准有序纳米森林结构（Ag-QNF）实现了多重杂化等离激元共振效应，得到了太阳光谱（300nm-2500nm）范围内超过90%的吸收率。

3. 将结构原位集成于MEMS热电堆传感器上，相比于原来的热电堆器件，实现了433%的输出电压提升。

4. 工艺简单，兼容性好，可以批量生产，有望在更多的光电器件中应用。

作者简介

【第一作者】李茂，中国科学院微电子研究所硕士研究生

【通讯作者】毛海央，中国科学院微电子研究所研究员

【通讯作者】李绍娟，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员

【通讯作者】熊继军，中北大学教授

文献信息

题目：Quasi-ordered nanoforests with hybrid plasmon resonances for broadband absorption and photodetection

文献链接

https://doi.org/10.1002/adfm.202102840

编辑：jq