光电晶体管

光电晶体管指的是双极或单极晶体管，其中光可以到达基极，产生光生载流子。这调制了基极－集电极结，通过晶体管作用产生放大电流，可以极大增强光敏性。

通常，纳米线场效应管（FET）通过在电介质半导体衬底上散布纳米线或通过常规光刻方法将纳米线制备成图案。随后，在顶栅或背栅施加栅极偏压。如图5.16（a）所示，高性能的CdS纳米带金属－半导体FET表现出超高光响应比：Ilight／Idark＝2.7×106。其高电流响应度为2.0×102 A·W－1，高外量子效率为5.2×102，上升和下降时间快达137μs和379μs，如图5.16（b）所示。这些优异特性通过在光照下阈值电压附近施加栅极电压实现，有助于通道载流子的耗尽，抑制了长的衰减时间，从而产生快速光响应。

在这些FET光电探测器中，使用电栅极偏压来调制穿越纳米线的横向电场。此外，由于表面态可以产生横向电场，在纳米线光电导体中也存在类似的效应。这使纳米线通道中的光生载流子发生分离，大大延长了载流子复合寿命，从而产生更高的灵敏度。因此，纳米线光电导体可以被视为光电晶体管，由高密度表面状态产生的内部电场与光照结合作为光门控。与纳米线材料有关，能带弯曲可以由不同的表面机理引起，如强表面电场（如GaN纳米线）、深陷阱态（如ZnO纳米线中的氧相关空穴陷阱）或表面缺陷态（如在InAs纳米线中）的存在。

目前大部分纳米线光电晶体管基于少数载流子输运，在载流子被电极收集之前会发生复合。相反地，一种核－壳结构n－InAs纳米线光晶体管被证明为多数载流子输运。在该纳米线的自组织吸收层中存在随机分布的晶格缺陷，它作为陷阱中心捕获光生电子，如图5.16（c）所示。在光照下，电子被激发并俘获在光门控层中；空穴与核中的自由电子复合，导致很低的光电流。在无光照情况下，大多数被俘获的电子被释放，形成很大的暗电流。该器件具有约105的高光导增益和12ms的快速响应时间，如图5.16（d）所示［45］。此外，笔者所在研究室也在纯InAs纳米线中发现了类似的反常光电导效应，并进行了机理阐释［46］。

图5.16 光电晶体管［44，45］