單晶矽由於其成本較低、製造工藝成熟、高的載流子遷移率以及長期穩定性等特點是一種理想的光敏感材料，然而相對於紫外光，傳統的矽基光電探測器對於可見和近紅外光輻射往往表現出更強的靈敏度。為了實現紫外光檢測，矽基光電探測器通常需要配置濾光片以阻擋可見和近紅外光子，這無疑會增加器件製造成本和複雜性。
近日，合肥工業大學微電子學院先進半導體器件與光電整合實驗室利用奈米加工的方法制備出直徑約為45奈米的矽奈米線陣列結構，並利用單層石墨烯作為透明頂電極，獲得了一種基於石墨烯/小尺寸矽奈米線陣列結構的自驅動紫外光電探測器。器件分析表明，該器件對紫外光較為敏感，但對可見光和紅外光等其他入射光卻不敏感，典型的抑制比為25。另外，該器件365 nm光照下的響應度、比探測率和外部量子效率分別估計為0.151 A/W、1.37×1012Jones和62%，與其它基於寬禁帶半導體的光電探測器相比效能相當甚至更好。這種反常的光電特性透過解析麥克斯韋方程發現與HE1m洩漏模式共振（LMR）有關，它能夠對各種材料的奈米線結構的吸收光譜進行調節。另外，這種LMR高度依賴於奈米線陣列的直徑和週期而對奈米線長度與光的入射角度不敏感。這些結果表明，窄帶隙半導體奈米線結構同樣可以構建紫外光電探測器，這對於各種光電子器件和系統都非常重要。
該工作以“Leaky Mode Resonance-Induced Sensitive Ultraviolet Photodetector Composed of Graphene/Small Diameter Silicon Nanowire Array Heterojunctions”為題發表在國際著名學術期刊ACS Nano, 2021, 15, 16729-16737。學校微電子學院2019級碩士生王俊傑同學為論文的第一作者，論文工作得到國家自然科學基金、中央高校基礎研究基金以及安徽省先進功能材料與器件實驗室開放基金資助。（通訊員：合肥工業大學李建設）
