這些年，多種寬能隙半導體用於製作光感測器。研究了多種技術去增強這些光感測器的性能，其中之一是可見光和近紅外光的電漿子技術。然而，在更高頻率紫外光，其相對應之電漿子技術仍然尚未成熟，主要是因為沒有合適的材料。迄今為止，電漿子光感測器最常用的材料是銀和金。然而，銀在波長300 nm處和金在500 nm處的能帶間躍遷限制了此二材料在紫外光的應用。因此，在這項工作中，我們磊晶成長單晶鋁膜於寬能隙半導體氮化鎵上，並於單晶鋁膜上設計出特殊的幾何結構，進而得到優越的光電感測特性。通過在此單晶鋁膜中製造週期性的奈米孔陣列，我們可以在波長355奈米處實現局部表面電漿子體共振和超凡的透射，並且在此共振處有了最大響應度和最高檢測靈敏度。研究結果顯示在單晶鋁和氮化鎵之間會形成蕭特基接觸，所以會有非常快速的響應時間。且根據過去的文獻，本研究所提出的檢測靈敏度是目前已知最好的。

　　多年來，研究人員一直在尋找合適的電漿子體材料，以使其受益於諸如光伏，水分解，非線性光學，表面增強拉曼散射，電漿子雷射，氣體偵測器和太陽能電池等應用。然而，銀和金可以在紅外和可見光狀態下使用，但是沒辦法在紫外光下發揮其功用。金和銀在紫外線條件下，使用時遇到的主要障礙分別是金在波長500 奈米處以及銀在波長300 奈米處的帶間躍遷，因此在紫外線的電漿子體技術應用非常稀少。

　　鋁是最重要和最豐富的金屬，且具有潛力滿足較少探索的UV電漿子體的需求。一個鋁原子與三個電子相連、低損耗且高電子密度，對於高能電漿子體的應用而言，這是一個絕佳的選擇。此外，它是互補金屬氧化物半導體技術兼容的電漿子體材料，在可見紫外的區間保持著高電漿子體頻率（〜15 eV）和低屏蔽(ε_∞ ~ 1)，從而實現了出色的局域電場增強。鋁電漿子技術是一個將光檢測擴展到紫外區間的重要方法。

　　本篇之研究小組介紹了在未摻雜的氮化鎵/氧化鋁基板上成長單晶鋁膜，並製作了電漿子超靈敏的紫外光檢測。此單晶鋁膜是通過電漿子輔助分子束磊晶生長的，以作為氮化鎵的紫外電漿子體設計和蕭特基電極。故本篇研究使用條紋反射高能電子衍射圖樣監測原位生長，並觀察到原子磊晶和光滑鋁膜的出色結晶度。

圖一 (a) X光繞射（XRD）量測：單晶鋁薄膜在氮化鎵/氧化鋁上分別在34.8˚ 與38.7˚展現出氮化鎵 (0002) 和 鋁 (111) 的XRD峰 (b)原子力顯微術（AFM）圖片（面積：5微米*5微米）：磊晶的單晶鋁薄膜在氮化鎵基板上的表面粗糙度。
 

圖二 (a)(b)單晶(111)鋁薄膜與氮化鎵(0002)基板界面處之穿隧式電子顯微鏡量測。

　　通過X射線衍射和穿透式電子顯微鏡確認並分析了該金屬-半導體界面的結晶度和原子排列。在界面處，由於誘導應變，每個鋁原子都與鎵原子相連。由於錯位和失配而使鋁的（111）平面應變鬆弛後，11個鋁原子與10個鎵原子相互連接。計算出鋁和氮化鎵膜之間的晶格失配為10％。此外，為了激發局部表面電漿子體共振，並在355 奈米共振波長下同時在氮化鎵表面實現最大超凡透射，我們通過模擬優化了鋁納米孔的周期性和直徑，分別為320和220奈米。

圖三 (a)鋁基紫外光感測器之設計。(b)掃描式電子顯微鏡下的奈米洞陣列，直徑與週期分別為220 nm與320 nm。

　　當入射光與電漿子共振波長匹配時，該元件將顯示出優越的光檢測性能。通過這種創新的機制，可以增強從深紫外到近紫外光譜寬光譜範圍的檢測靈敏度。11 nW的光照射在鋁納米孔陣列下觀察到670 A / W的最大響應度；此外，測得的檢測靈敏度（品質因數決定了光檢測器可檢測的最小照明功率）最大值為1.48應度；此外，測得的檢測靈 / 2 W-1。這是氮化鎵所製作的光檢測器記錄中最高檢測率。此外，我們的光檢測器在325 奈米和266 奈米的入射波長下也有出色的表現。另外，測得的光檢測器的光響應頻譜顯示出在紫外線範圍內均有顯著的增強。

　　這些奈米孔參數的優化不僅激發了更強的共振模式，而且激發了奈米孔之間的電漿子體耦合，從而拓寬了光譜的光增強作用。最終，鋁電漿子體與氮化鎵相結合，不僅提供了強大而穩定的瞬態光電流，而且還實現了快速的時間光響應，其上升時間為51 ms，下降時間為197 ms。我們相信，基於這些優點和互補式金屬氧化物半導體兼容性，這種電漿子體的紫外光檢測器為國防，紫外天文學，生物學和醫學領域的實際應用提供了基礎。

圖四 (a) 實驗（藍）與FDTD模擬（黑）中鋁奈米洞陣列之反射頻譜。模擬（紅）中鋁與氮化鎵之穿透頻譜。(b)在不同功率的355 nm光照射下計算出之元件響應率(R)與偵測率(D*)。(c)含奈米洞陣列之鋁薄膜（紅）與無奈米洞陣列之鋁薄膜（黑）在不同波長下（深紫外光至近紫外光）的響應率(R)。

圖五 (a)在反向偏壓下的能帶圖譜示意圖。(b)在355 nm雷射基發下的光電流時間響應量測圖。上升時間為51 ms，下降時間為197 ms。