纳米金属-氧化物-硅复合薄膜波导的光致电导特性和应用研究

金属薄膜即能导电又能导光，已在集成光电子器件中占有非常重要的地位，纳米金属薄膜与介质薄膜构成的复合波导有望成为纳米光子集成回路的信息载体，在光电集成方面具有巨大的应用潜力。然而，当前人们关注主要集中在光波激励的金属薄膜的光学特性（如光谱、强度和相位等）及其在光波导器件和传感应用等领域，对其光致的电学特性（如电导特性）研究较少。本申请提出光波对纳米级金属-氧化物-硅（M-O-S）复合薄膜波导的光?电相互作用机理研究，以及该结构构成的复合波导的光致电导、光/电特性及其增强机理研究，并探索在新型光电子器件、传感器和探测器等领域的应用，具有鲜明的特色。掌握纳米金属与介质复合薄膜的光致电导等光/电特性和可能的应用，将能开拓基于表面等离子波的新型光电子器件研究的新思路和应用范围，为当前纳米电子学和光子学研究的前沿，对探索基于金属/半导体材料复合型的新型光电子器件有着重要的科学研究意义和应用前景。

随着纳米加工技术的发展，由纳米尺度的普通材料构建的新型光学材料已展现出新颖的光学特性和应用，超材料研究也从微波波段走向光学波段，拓宽了集成光波导器件的研究范畴。本面上项目根据研究计划和要求开展了基于纳米尺度金属—氧化物—硅（M-O-S）复合薄膜波导的光电特性和新型光电子器件研究，完成了项目所列的研究内容，达到预期的研究目标。主要研究进展和成果表现在三个方面：1. 完成纳米尺度M-O-S薄膜复合波导表面等离子波（SPP）激励的光致电导特性实验研究，观察到SPP诱导的光致电流（大于1nA量级)变化，同时研究基于该结构的基本波导器件的SPP传输特性。2. 分析了石墨烯-氧化物-硅复合波导的电光调制特性，并提出了基于该复合波导结构的电光调制器和新型浮栅结构非易失光开关器件，仿真显示实现20dB光开关消光比所需“写入”和“擦除”功耗分别为36pJ和46pJ。3.采用交叠注入补偿方法形成等效p-i-n型缺陷态硅波导，以增强光电吸收特性，实验测得在1550nm光波诱导下光生电流的响应度达10mA/W量级，该波导型光电探测器在硅基光波导的在线监测与补偿控制等领域有重要的应用前景。同时在硅基微环增强、光栅辅助模式复用等光波导器件方面研究也获得多项成果，已在国际光学主流学术期刊上发表SCI论文18篇（含录用的1篇），获得授权发明专利4项，培养博士/硕士研究生6人。