近红外光电探测是光通信、光谱、夜间监控、红外导引等应用领域的关键技术之一。近年来，硅基光电集成得益于CMOS技术的发展得到广泛关注，但由于硅材料自身带隙较大（1.1 eV），普通的硅基光电探测器无法响应波长超过1200 nm的近红外光。在硅上外延III-V材料或锗可以实现近红外光的光电响应，然而其工艺难度、兼容性和成本等问题依然尚待解决。同时，科学家们也在探索另一个技术途径，通过在硅材料表面沉积一层金属薄膜，形成金属-半导体之间的肖特基结，金属中自由电子吸收光子能量后可以穿过肖特基势垒，并进入硅材料中形成光电流。这种响应的截止波长由势垒高度决定，从而打破了半导体带隙的限制。尤其是最近发现金属纳米结构的超高光场局域和调控能力大大增强了这种热电子光电响应机制的灵敏度，而且赋予了响应波长、带宽、偏振等多参数的可控性，引起了研究的热潮。然而，这类结构的量子效率仍然较低，同时这些精细规则的纳米结构大大增加了生产工艺的复杂性和生产成本，使其无法实现大规模、低成本制造。
近日，我院陈沁教授和文龙副教授团队在低成本高效硅基热电子红外光电探测方面取得了重要进展。在前期金属-介质-金属多层结构宽带光吸收器和全向肖特基结复合体系的器件研究基础上【Laser Photonics Rev.11 (2017) 1700059】，他们进一步研究发现超薄金属膜对于提高热电子发射几率的关键作用，采用低成本化学刻蚀方法制备无序硅纳米孔并构建超薄金膜-硅纳米孔的纳米异质结体系，这种密集的随机热点（hot spot）分布大大提升了光吸收与热电子发射的效率。测试结果表明硅基热电子光电响应截止波长扩展到近1.8 μm，1.5 μm处光电探测响应度超过1.5 mA/W，器件内量子效率接近2%。他们结合唯像模型对该器件进行拟合研究，发现可通过肖特基势垒调制使通讯波段的内量子效率达到20%以上，为表面等离激元增强的热电子发射在光电转换、光催化、光传感方面的应用提供了重要的依据和参考。相关结果在线发表在ACS Photonics上（DOI:10.1021/acsphotonics.7b01156）。该工作得到国家自然科学基金委和科技部重点研发计划等项目大力支持。
