利用等离子体金纳米粒子增强基于ZnO的紫外光电探测器的性能

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Hot Carrier-Assisted Performance Enhancement in ZnO-Based UV Photodetectors Using Plasmonic Au Nanoparticles

本研究通过在3M ZnO薄膜上集成金纳米颗粒（Au NPs），利用局域表面等离子共振效应增强光吸收和载流子生成，构建了Ag/Au:ZnO/Ag金属-半导体-金属结构的光电探测器。实验表明，器件响应度从43 A/W提升至1.8×103 A/W，灵敏度达1.7×10? Jones，外量子效率7.5%，线性动态范围124 dB（λex=330 nm），验证了等离子体纳米结构在下一代高效紫外探测器中的应用潜力。

　　

摘要：

本研究通过在3层ZnO薄膜（TF）上集成金纳米颗粒（Au NPs），显著提升了紫外（UV）光电探测器（PD）的性能。Au NPs诱导了局域表面等离子体共振（LSPR）效应，增强了光吸收并促进了电荷载流子的有效生成。该器件采用Ag/Au:ZnO/Ag金属-半导体-金属（MSM）结构，其响应度从原始ZnO的43 A/W显著提高至1.8×10^3 A/W，灵敏度达到1.7×10^6。这种性能提升归因于等离子体诱导的热载流子注入和局域近场增强效应。此外，该器件的特定检测率约为1×10^15，外部量子效率（EQE）为7%，线性动态范围（LDR）为124 dB（在λ_ex=330 nm时）。这些结果展示了等离子体纳米结构（NSs）在推动基于溶液法制备的ZnO薄膜的下一代高效UV PD方面的潜力。