宽带光探测器是一种能将较大范围不同波长的光信号转变为电信号的电子器件，在通信系统、医疗、热成像、环境监测和**科技领域都具有广泛的应用。随着科技的发展，高速、高灵敏的光电探测器在技术需求上迅速提高，硅作为重要的半导体材料在半导体行业占据重要的地位，但由于硅对900 nm以上的近红外光吸收不够强，极大限制了硅在宽带光探测器中的应用。在近期发表于Advanced Materials 的一篇文章中，王中林院士和博士研究生邹海洋等人通过结构设计突破了硅近红外光区吸收弱的限制，成功合成了高性能的宽带光探测器。

他们在硅和氧化锌纳米线两种半导体组成的光探测器上设计了特殊的金针菇云状薄膜顶电极结构（图1a），通过减少光的反射极大地提高了硅对近红外光的吸收（图1b）。该电极同时能够实现纳米线和顶电极高温退火的要求，从而提高纳米线的晶体质量和顶电极的透光率及其导电性。

图1.（a）器件结构示意图及其金针菇云状薄膜顶电极示意图；（b）器件（红色曲线）和p型硅（蓝色曲线）的光吸收谱图。

该器件具有出色的光探测性能，灵敏度高、暗电流低、稳定性和重复性好、响应速度极快（< 1 ms），完全适用于高速模式下的光探测及成像等方面。在低电压（-2 V）下，442 nm的光在光照强度为26.45 mW/cm2时，近紫外光区域的光灵敏度达到5200%，0.62 mW/cm2光照强度下光灵敏度达到650%；1060 nm的光在光照强度为18.9 mW/cm2时近红外光区域的光灵敏度达到4000%，0.3 mW/cm2光照强度下光灵敏度达到450%。该探测器可以直接集成在硅电子器件中，对集成电路的兼容性强、应用价值高。

图2. 器件对不同波长的光（a）442 nm和（b）1060 nm在较低光照强度下的响应曲线；斩波器频率为20 Hz。

与此同时，他们利用压电光电子学效应进一步提高了光探测的性能，通过施加外界应力产生压电势调节能带和载流子输运，可见光区域（442 nm）的光响应度提高77.5%，近红外区域（1060 nm）的光响应线性关系大大改善，突破了原有材料的测量极限（图3）。他们利用该器件首次研究和发现了压电的极化作用对界面处光激发电子和空穴的不同影响。这项研究能够推进硅基宽带光探测器产业和研究等方面的发展，对完善相关理论和发展更优异的光电器件具有重要意义。

图3. 器件在不同波长的光（a）442 nm和（b）1060 nm光照下光电流随外加应力的变化；红色曲线代表相对较强的光照强度，蓝色曲线代表相对较弱的光照强度。

来源：材料学