纳米微粒嵌入结构的新型光电转换效应研究

By taking advantage of the characteristic of field enhancement of surface plasma of metal nanoparticles, high photoelectric conversion characteristic of the semiconductor nanoparticles, and combining "Critical scale effect" and "Coulomb blockade effect" (its threshold is optically tunable ) which exist in such two type nanoparticles，this project aims to explore new type photoelectrical effects in an embedded structure of metal nanoparticles and semiconductor nanoparticles, including the laser-induced lateral photovoltaic effect and laser-induced bipolar resistance effect. We will clarify some key factors which affect the quality (sensitivity and linear range) of the structures, and find out a new way to improve the low sensitivity and small linear range which are very common in present photoelectric sensors. The goal of this project is to obtain new optoelectronic materials with both high sensitivity and large linear range. Besides, a new theoretical model based on the metal surface plasmon coupling will also be established.

利用金属纳米颗粒的表面等离子波的电场增强特性及半导体纳米颗粒的高光电转化特性，结合近期发现的此类结构在侧向光伏及光致电阻方面所特有的"临界尺度效应"和光控可调的"库伦阻塞阈值"特性，对纳米金属及半导体微粒嵌入结构的光电特性进行研究，通过激光调控使纳米金属颗粒和半导体量子点之间产生有效耦合，提高光照射点位置的受激电荷密度和电场强度，极大改善和解决目前激光诱导侧向光伏效应及激光诱导电阻效应普遍存在的灵敏度低和线性区间小等弊端，同时实现材料的可调谐功能；阐明几个影响材料灵敏度和线性区间的关键物理问题，并建立一套新的基于金属表面等离子耦合增强机制的理论模型，突破长期以来困扰此类光电器件发展的瓶颈问题，为研制和开发新型高品质光电器件开辟一条新的思路。

本课题工作主要涉及纳米微粒嵌入结构的新型光电转换效应研究，属于微电子、光学、材料及凝聚态物理交叉领域，这些结构具有很多新奇的物理效应及潜在的应用前景，这些研究对于加深电子在纳米尺度材料中的输运性质的了解和研制新型光电器件具有重要意义。在基于纳米金属嵌入式胶体晶体结构和硅基氧化物结构中获得了显著提高的高灵敏度光电转换效应（提高1-2个数量级），包括由表面等离子振荡主导的光电转换（高灵敏度侧向光伏效应和光致电阻效应）、以及具有外加电场及界面态调制增强效应的光电转换效应等。同时，在纳米金属嵌入结构的非易失性光电效应研究、非磁性硅基肖特基结中的磁调控等方面也取得了不同于常规体系的显著的结果。在此基础上，还开展了此类结构的一些拓展性研究，涉及纳米金属嵌入式氧化物结构中的（光调控）开关效应，以及其他一些光电转换研究，也都取得了较好的研究结果。所有这些研究成果对于研制和开发具有新机制的光电传感器、新型光电存储器等光电器件具有重要意义。本课题研究属于自主探索性课题研究，在基金的支持下，本课题取得的系列成果引起了国内外同行的广泛关注，22篇论文大多发表在国际相关领域顶级或者重要期刊上，课题组在这一领域的国际影响力逐步提高。