基于局域表面等离子体共振的新型侧向光伏效应研究

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侧向光伏效应由于所测电压信号与光照点位置呈高度的线性关系且具有连续的光电输出响应的特点而被广泛应用于位置灵敏传感器(PSD)来探测微小位移。有鉴于此,如何不断提高此效应的位置灵敏度、线性相关度以及空间分辨率就成为本领域近些年工作的主要诉求。  贵金属纳米结构(其介电常数具有较大负的实部和较小正的虚部)在外界光场激发下,金属表面能产生局域表面等离子体激元(LSPs)。LSPs因具有表面局域和近场增强两个独特的性质可呈现出卓越的非线性光学现象和优异的电子输运性质。因此,我们提出将纳米Ag非连续薄膜与ZnO结合,制备出一种工作性能尤其位置灵敏度数倍于原有的PN结以及金属半导体异质结材料的复合结构,研究了基于LSPs主导下的一种新型侧向光伏效应并给出了相应的物理模型和理论解释。此结果为进一步推动侧向光伏效应的研究提供了一条崭新的思路,同时也拓展了等离激元光子学在当前光电器件领域的发展与应用。  本文第一章主要概述侧向光伏效应和表面等离子体研究的性质特征与研究背景;第二章主要介绍了侧向光伏效应的几个代表性理论、准静态近似下的LSPs、局域表面等离子激元能量衰减的三种方式以及等离激元数值模拟方法即时域有限差分法;第三章主要详细叙述了ZnO/Ag/Si样品的制备工艺、成分形貌分析、伏安特性曲线检测、荧光发光测试等手段;第四章系统研究了不同结构性质的纳米级半连续银薄膜结构对ZnO探测面的侧向光伏效应的调控作用,并在覆盖整个可见光区的不同波长下测试了这些样品与对照样品的侧向光伏输出对比。通过分析荧光发光光谱和伏安特性曲线的测试结果,印证了本实验中的纳米银结构可以实现LSPs的激发,并其后对其具体工作机制进行了理论研究和数值模拟。最后对本论文的研究工作做了简单的总结归纳和未来展望。
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