矽量子點與矽量子線在光檢測器上之應用

Abstract

於本篇論文中，我們利用薄膜沉積與電子束微影與蝕刻技術，製作具多層矽量子點與矽量子線結構之光電子元件。薄膜材料乃一維之量子侷限效應，再透過電子束微影以及蝕刻製程參數的調控，製作出另外兩個奈米維度之侷限效應，亦即零維之量子點及一維之量子線，能吸收各種不同波長之入射光，因此對短波長與可見光具極靈敏光電特性之光檢測器。 於光檢測之量測中，於室溫環境下利用不同波長之光源照射至元件，藉由矽量子點/矽量子線將光訊號轉換為電訊號。由量測結果可歸納出二大部分。第一部份藉由照射不同波長之光源與其照光強度之變化，觀察其量子效率以及光響應度。第二部份則透過元件基板加熱溫度之不同(23℃ ~ 100℃)，其量子效率與光響應度，以及外加不同偏壓條件下與電流的相依特性。結果顯示在短波長及可見光範圍中，量子效率與光響應度皆非常高；而元件本身之暗電流特性都非常低，所得到光電流與暗電流可相差三個數量級以上之增益值，並且具高響應速度與高靈敏度之光學開關切換特性。另外此元件亦可透過元件基板加熱之溫度不同來調控光電流之大小，即此元件具有熱載子效應。故本元件也可用來探討熱電元件之應用。