【材料系陳學禮教授研究團隊】磁場於光通訊波段矽基偵測器中熱電子指向性與調制研究獲選英國皇家化學會材料領域指標期刊《Materials Horizons》封底

　　矽為現今半導體產業中使用最頻繁也最便宜的材料，矽半導體製程技術發展也已經非常成熟。然而，在通訊波段紅外光的應用方面，矽材料天生所面臨的問題即為當入射光子能量低於其能隙 (約為1.12 eV)時，即不會再被矽材料有效地吸收，因而嚴重的限制了矽基光偵測器所能偵測的波長範圍。此時必須仰賴表面電漿子（surface plasmon）衰逝，進而產生光激發熱電子（hot electrons）跨越金屬與矽基材所產生之蕭特基接面以作為紅外光偵測。

　　然而在先前文獻報導，光激發熱電子於金屬內部產生時，其在動量空間中是等向分布的，也就是不具有任何的方向性，且只有少部分移動方向垂直於金屬與半導體(蕭特基)接面之熱電子能夠跨越能障，注入半導體，這就是Fowler理論之基本假設。因此，若能夠更清楚地了解光激發熱電子之方向性，將會對各式以熱電子為基礎之光電元件發展相當重要。在本研究中，我們利用微奈米結構與一系列之量測與模擬，來探討光激發熱電子於此蕭特基二極體中之方向性與傳輸行為，並發現光激發熱電子之方向性會和入射光之偏振方向有高度關聯性。除此之外，我們也利用磁場來調制矽基光偵測器於光通訊波段之響應。而與一般矽基光偵測器不同的是，我們利用鐵磁性金屬薄膜取代貴金屬薄膜，來建構近紅外光矽基光偵測器。因此，當我們施加磁場於元件時，勞倫茲力與異向性磁阻此兩效應將會影響熱電子於金屬中之傳輸行為。此外，在施加磁場於元件後，此元件將會由具有偏振不敏感之特性，轉換為對偏振敏感之特性。這是一個結合了熱電子之電、磁、光效應，進而調制、改變矽基紅外光偵測器於光通訊波段效率之研究。我們認為，當此結果應用於設計其他熱電子的系統和元件時，也能展現顯著的重要性。

　　此篇研究 “Magnetic fields affect hot electrons in silicon-based photodetectors at telecommunication wavelengths＂刊登於2019年7月英國皇家化學會RSC之材料領域指標期刊Materials Horizons及期刊封底。

　　該研究由陳學禮教授實驗室之林子堯、林耕德、林敬哲、李祐維、徐隆泰、陳韋佑等幾位同學共同完成。