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为提升近红外（NIR）探测性能，研究人员开展了 ZnO/Ge 纳米颗粒（Ge NPs）/ 多孔硅（PSi）光电探测器的制备及性能研究。结果显示该探测器在特定条件下性能最佳，这为近红外探测技术发展提供了新途径。
在科技飞速发展的当下，红外（IR）光电探测器在众多领域发挥着关键作用，从保障夜间出行安全的夜视技术，到精准监测环境变化的环境监测系统，再到辅助医疗诊断的先进设备，都离不开它的身影。而近红外（NIR）探测，作为红外探测的重要分支，凭借其独特优势，如能更有效地穿透骨骼、皮肤和组织等，在光电子应用和太阳能收集等领域展现出巨大潜力。然而，目前的 NIR 探测技术面临诸多挑战，例如现有材料和制备技术成本高昂，限制了其大规模应用；一些用于增强探测性能的纳米颗粒（NPs），如含重金属的量子点，虽然性能优异，但存在毒性问题，不利于可持续发展。为了突破这些瓶颈，来自马来西亚理科大学（Universiti Sains Malaysia）、伊拉克迪杰拉大学学院（Dijlah University College）等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Heliyon》上。
研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：一是通过电化学蚀刻法制备多孔硅（PSi），以铂板为阴极，硅片为阳极，在氢氟酸（HF）/ 乙醇混合溶液中通入恒定电流进行蚀刻；二是利用脉冲激光烧蚀液体（PLAL）技术合成 Ge NPs，在去离子水中使用波长 1064nm、脉冲持续时间 10ns 的高功率激光脉冲；三是采用喷雾涂层法将 Ge NPs 涂覆到 PSi 上，最后通过射频溅射（RF sputtering）在 PSi 基底上沉积 ZnO 层，形成 ZnO/Ge NPs/PSi 结构。
实验结果
- 形貌研究：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）对样品进行分析，发现 Ge NPs 在 PSi 表面形成了纤维状形态，平均直径为 0.8 - 1.0μm，这些纤维被认为是 Ge 纳米线，是由较小的 Ge NPs 聚集长大形成的，部分纳米线还形成了网状图案。能量色散 X 射线光谱（EDX）分析表明，样品中 ZnO 约占原子重量的 20%，Ge 占主导地位，为 69.51%，Si 仅占 9.22%，同时检测到较强的 O 信号，这可能是由于 Ge NPs 在喷涂过程中发生了氧化，而 ZnO 层为 Ge 纳米线和 NPs 提供了保护12。
- 近红外光电探测器性能
- 电流 - 电压（I - V）特性：通过测试 PSi/Ge NPs/ZnO 近红外光电探测器在黑暗和 805nm 光照下的 I - V 曲线，发现该器件在 1.12V 时开始出现光响应。在 5V 偏压下，光电流达到 3.30×10??A，暗电流为 1.85×10??A，增益约为 1.783。
- 电流 - 时间（I - t）特性：研究不同强度 805nm 光照、不同偏压（2V、4V、6V）和不同切换频率（2Hz、3.5Hz、5Hz、6.5Hz）下的 I - t 曲线，结果表明，随着光照强度增加，光电流增大，但暗电流也略有增加，这可能是由于光生载流子陷阱导致的持续光电导（PPC）效应；在 1.440mW/cm2 强度下，暗电流增加最小，可能是探测器达到了饱和极限。此外，偏压增加也会使光电流增大45。
- 分析：计算了光电探测器的品质因数，包括灵敏度（Sensitivity）、响应度（Responsivity）和外部量子效率（EQE）。灵敏度随偏压增加而降低，随光照强度增加而升高；响应度随偏压增加而增加，在 6V 偏压、1.440mW/cm2 光照强度下达到最高值 0.16A/W，但更高的光照强度并不一定对应更高的响应度；EQE 趋势与响应度相似。同时，随着切换频率增加，上升时间和下降时间均缩短，而偏压和光照强度对其影响较小678。
研究结论与讨论
该研究成功制备了 ZnO/Ge/ 多孔硅光电探测器，并对其性能进行了全面测试和分析。研究发现，Ge NPs 作为光生电子源，能够将电子转移到 ZnO 层，而 Ge 纳米线网络则促进了势垒主导的传导，进一步增强了光生电子的产生和转移。该探测器在 6V 偏压、805nm 光照、1.440mW/cm2 光强和 6.5Hz 切换频率下性能最佳，响应度达到 0.16A/W。这项研究为近红外探测技术提供了一种简单、低成本的制备方法，为后续相关领域的发展奠定了基础。同时，研究中对材料性能和电荷传输机制的深入探讨，也为进一步优化光电探测器性能提供了理论依据，有望推动近红外探测技术在更多领域的广泛应用，具有重要的科学研究价值和实际应用意义。
