科研进展

激光+电脉冲:一种非易失性调控光电响应的新方法

肖特基接触是金属与半导体间的一种最常见的电学接触方式,经过几十年的研究发展,基于肖特基势垒的器件给人类的生活带来了极大的便利,诸如现今肖特基二极管以其特有的诸多优势(结构简单,开关频率高,正向压降低)广泛应用于每一台电脑以及一些高频领域,基于肖特基势垒的太阳能光伏电池也受到人们的普遍关注。近年来,随着人类科技迈入纳米时代,肖特基势垒作为一个早已成熟的物理模型,又焕发了新的生机和活力。人们发现,在纳米结构下,肖特基势垒并不简单地取决于金属和半导体的费米能级,还会受到许多纳米尺寸下特有的物理效应的影响,诸如小尺寸效应, 表面效应, 量子尺寸效应, 宏观量子隧道效应等等,从而呈现出一定的可调控性。然而不足的是,就目前为止,上述的调控手段都仍旧仅限于器件的制备阶段。也就是说,一旦器件制备成型,其肖特基势垒的高度就已经完全固定,无法在使用的过程中进行外部调控。因此,研究获得外部可调控的肖特基势垒结构十分有挑战性。

近日,上海交通大学物理与天文学院王辉教授团队设计并制备了一种纳米金属团簇-半导体结构。作者认为利用激光辅助电脉冲的方式,使得光生电子在电脉冲的作用下被局域在金属纳米团簇中,从而影响半导体耗尽层中的空间电荷分布,可以实现外部调控肖特基势垒的高度,进而影响结构的光电响应。实验结果首先表明,在Volmer-Weber生长模式下,平均厚度在3nm以下的铜薄膜是非连续的,是团簇结构。例如,在平均厚度为2.2nm的Cu金属膜样品上施加激光和一个正向脉冲后,结构的纵向光电响应(光伏输出)会有显著的增强。而在施加激光和一个反向脉冲后,之前获得的增强会有一定程度的回落(减弱)。有趣的是,所获得的光电响应增强和减弱(回落)都是在激光和电脉冲结束之后所获得的,也就是说该调控是非易失性的。此项研究会为基于激光+电脉冲调控各种金属/半导体结构势垒的研究提供一个契机,特别是对于开发新一代光电传感器、高密度存储器具有重要意义。相关工作在线发表在Advanced Electronic Materials(DOI: 10.1002/aelm.201800234)上。