Plasmonically enhanced hot electron based optoelectronic devices

Sıcak elektron tabanlı optoelektronik aygıtlar geleneksel aygıtların düşük maliyetli alternatifleri olarak ilgi görmüşlerdir. Bilinen optoelektronik aygıtların verimi çoğunlukla ışık soğurucu olarak kullanılan yarı-iletkenin enerji bant aralığıyla limitlidir. Öte yandan sıcak elektron aygıtları iç fotoemisyon mekanizması ile bu limiti aşabilmektedirler. Bir metal içerisinde emilen fotonlar sahip oldukları enerjiyi metalin serbest elektronlarına vererek elektronları daha yüksek enerji seviyelerine çıkartırlar. Yüksek enerjiye sahip bu sıcak elektronlar uygun aygıt yapılarında fotoakım üretmek için kullanılabilirler. Bu yöntemin önündeki en büyük engel, metal yüzeylerin yansıtıcı özelliğe sahip olmalarıdır. Yüzey plazmonlarının kullanılması bu engelin önemli ölçüde aşılmasını sağlamıştır. Işık enerjisi, yüzey plazmonları halinde metal katmanlara veya metal nanoparçacıklara hapsedilerek metal içerisindeki ışık emiliminin artması sağlanır. Bu sayede metal içerisindeki sıcak elektron oluşma hızı da artırılır. Bu çalışmada yüzey plazmonlarının tetiklenme ve sönümlenme mekanizmaları, yüzey plazmonlarının sönümlenmesi ile sıcak elektron oluşumu ve sıcak elektronların fotoemisyonuyla fotoakım oluşumu incelenmiştir. Özgün aygıt mimarileri ve plazmon tetikleme yapıları üzerine çalışılmış ve bu yapılarla plazmon destekli sıcak elektron tabanlı fotodedektörler ve fotovoltaik aygıtlar gösterilmiştir. Metal-yarıiletken Schottky eklem diyot yapısı sıcak elektron tabanlı fotodedektör olarak kullanılmıştır. Çift katlı metal-yalıtkan-metal (MYM) mimarisi sıcak elektron tabanlı fotovoltaik aygıt olarak önerilmiştir. Bu aygıtların tam dalga elektromanyetik simulasyonları yapılarak plazmon destekli sıcak elektron oluşma mekanizması açıklanmış ve bu alanda yapılacak çalışmalar için yol gösterici bulgular sunulmuştur.