美國研究人員制作出第一個等離子增強(qiáng)式(plasmonically enhanced)納米線雪崩光電探測器(avalanche photodetector)。此器件透過表面等離子體激元(surface plasmon polariton, SPP)吸收光線，并且兼容于一般半導(dǎo)體與硅芯片制程技術(shù)，未來可望應(yīng)用于電信通訊、傳感器及單光子探測器等。

雪崩光電探測器能將微弱光信號強(qiáng)化為電脈沖信號，常使用于電信通訊應(yīng)用上。當(dāng)入射光照射器件的半導(dǎo)體時(shí)，所產(chǎn)生的電荷載子(電子與空穴)在電場加速下會沖擊并游離出其它電荷載子。此過程導(dǎo)致載子的雪崩，而提出形成的電流便可得到放大信號�？s小半導(dǎo)體中主動雪崩區(qū)的大小能提升光探測器的效能，而納米線因?yàn)轶w積小能降低電容以及漏電流，或許可作為此類裝置的理想建構(gòu)單元。不過單一納米線光探測器僅能吸收不到1%的入射光，導(dǎo)致器件的外部量子效率偏低，而其結(jié)構(gòu)的大表面積體積比亦不利于載子傳輸。

加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的Diana Huffaker等人發(fā)現(xiàn)將天線結(jié)構(gòu)并入砷化鎵納米線器件中可克服上述限制。他們的器件包含核殼砷化鎵p-n接面，其上有p型砷化鎵光吸收器。該團(tuán)隊(duì)表示，該器件的特殊結(jié)構(gòu)能獨(dú)立控制光子吸收及載子倍增。透過測量器件的增益與電容值，他們發(fā)現(xiàn)3D光學(xué)天線會激發(fā)SPP布洛赫波模(Bloch wave mode)，藉此吸收光子并在納米線尖端產(chǎn)生載子。將這些載子導(dǎo)入累崩倍增區(qū)可產(chǎn)生超過200的增益，已可媲美最先進(jìn)的雪崩光探測器。

表面等離子(surface plasmon, SP)為電子集體震蕩行為，與光子產(chǎn)生交互作用后可形成SPP。由于表面等離子較光子有更高的動量，因此需要柵狀天線結(jié)構(gòu)來與光子耦合。不過此UCLA團(tuán)隊(duì)成功地在納米線內(nèi)產(chǎn)生電場熱點(diǎn)，有助于制作微型高效率光探測器。此納米線雪崩光探測器與三五族和硅基板的兼容性甚佳，因此該器件可望作為量子通訊系統(tǒng)中的單光子探測器、光互連中的納米光電二極管，以及焦平面陣列上的像素單元。

該團(tuán)隊(duì)目前正研究如何在高速器件中采用此納米線雪崩光探測器，并希望將操作波長控制在科技上重要的1.55 μm窗口，以及找出更精準(zhǔn)的摻雜分布以供設(shè)計(jì)三維雪崩區(qū)參考之用。