[发明专利]纳米金属平面尖光学探测器

说明书

本发明公开了一种纳米金属平面尖光学探测器，包括半导体光学探测器和纳米阵列掩模，所述纳米阵列掩模限定连接到光学探测器的多个多边形孔，其中半导体光学探测器探测由纳米阵列掩模聚焦的近场光。

技术领域

本公开涉及一种光学探测器，特别涉及一种纳米金属平面尖(nano-metallic-planar-apex)超材料红外探测器。

背景技术

由于红外入射光子的能量小于导致电子从价带激发到导带的能量，因此目前基于硅的红外探测器效率不高，目前用于红外区域的探测器建立在具有较低能带隙的铟镓砷(InGaAs)或锗(Ga)衬底上。但铟镓砷和锗红外光学探测器可能难以制造且可能价格昂贵。

多年来已经证明了几种用以探测硅中红外光的方法，例如，用于使用硫化铅胶体纳米晶体作为敏化剂进行红外-可见光上转换(infrared-to-visible up-conversion)的固态薄膜，金字塔形等离子体聚光器肖特基探测器，以及非线性过程，例如双光子吸收。

我们所寻求的是能够有效地探测光学光谱区域及近红外光谱区域中的光子的装置。利用纳米阵列的装置可以提供利用硅衬底有效地探测红外光子的解决方案。

发明内容

在一个实施例中，一种纳米金属平面尖光学探测器，包括半导体光学探测器和纳米阵列掩模，所述纳米阵列掩模限定连接到所述光学探测器的多个多边形孔，其中半导体光学探测器探测由纳米阵列掩模聚焦的近场光。

在另一实施例中，一种纳米金属平面尖光学探测器包括：纳米阵列掩模，其限定多个多边形孔，所述多个多边形孔形成多个肖特基接触电极；和半导体光学探测器，所述半导体光学探测器具有半导体光学探测器第一侧和半导体光学探测器第二侧，所述半导体光学探测器第一侧连接到所述多个肖特基接触电极，其中所述半导体光学探测器探测由所述阵列掩模聚焦的近场光，所述半导体光学探测器第二侧与所述半导体光学探测器第一侧相对，所述纳米金属平面尖光学探测器还包括多个欧姆接触电极，所述多个欧姆接触电极与所述纳米阵列对准，并连接到所述半导体光学探测器第二侧。

本发明的一个或多个实施例的细节将在附图及以下说明书中阐述。本发明的其他特征、目的和优点将通过说明书、附图以及权利要求书而变得明显。

附图说明

图1是根据本公开的至少一个实施例的纳米金属平面尖阵列的第一示意图。

图2是根据本公开的一个实施例的纳米金属平面尖阵列光学探测器的第二示意图。

图3是根据本公开的一个实施例的纳米金属平面尖阵列光学探测器的第三示意图。

在各附图中，相同的参考数字和名称表示相同的元件。

具体实施方式

本公开描述了一种光学集中器，示出了该光学集中器利用入射光的纳米聚焦效应，该效应基于纳米金属平面尖超材料(NMPAM)上的表面等离激元(Surface PlasmonPolariton,SPP)。NMPAM可用于增强金属表面上的表面渐逝的强度和多种SPP模式的激发。不同SPP的相互作用导致了用于成像和光学存储的独特近场光学性质，从而将光聚焦成纳米尺度的点，并因而增强光功率。NMPAM可用于与红外像素耦合以增强入射光的会聚，从而提高红外探测的信噪比。

通过利用纳米金属平面尖超材料(NMPAM)，示出了一种利用硅衬底探测红外光的新方法。NMPAM包括硅衬底和具有纳米平面尖孔的金膜。硅衬底与金共享共同的界面，并产生肖特基势垒(Schottky barrier)。因此，该能垒高度降低到低于硅、且低于红外光子的能垒高度的点。

通过红外光照射，金膜上的电子可以穿过肖特基势垒进入硅中。当处于反向偏压时，这些电子被收集为光电流。NMPAM用于将入射光聚焦到大约100nm尺度内，并因此增强电功率并改善信噪比。