具有低暗电流和高响应度的芯片集成范德瓦耳斯 PN 异质结光电探测器
光学
2022-06-08 v1 应用物理
摘要
二维材料因其卓越的电学与光学性质以及无悬挂键的表面，在构建高性能光子芯片集成光电探测器方面颇具吸引力。然而，已报道的芯片集成二维材料光电探测器主要采用金属-半导体-金属结构，在高工作速度下存在暗电流高、响应度低的缺陷。在此，我们报道了一种范德瓦耳斯 PN 异质结光电探测器，由 p 型黑磷和 n 型碲化钼组成，集成在氮化硅波导上。PN 异质结的内建电场显著抑制了暗电流并提高了响应度。在从 n 型碲化钼指向 p 型黑磷的 1 V 偏压下，暗电流低于 7 nA，比其他波导集成黑磷光电探测器所报道的值低两个数量级以上。获得了高达 577 mA/W 的固有响应度。值得注意的是，范德瓦耳斯 PN 异质结可通过静电掺杂进行调控，以进一步设计其整流特性并改善光探测，使响应度提升至 709 mA/W。此外，该异质结光电探测器表现出约 1.0 GHz 的响应带宽，以及在 1500 至 1630 nm 实验测量的宽光谱范围内的均匀光探测。所展示的具有低暗电流、高响应度和快速响应的芯片集成范德瓦耳斯 PN 异质结光电探测器，在开发基于硅、铌酸锂、聚合物等各类光子集成电路的高性能片上光电探测器方面具有巨大潜力。
引用
@article{arxiv.2206.03308,
title = {Chip-integrated van der Waals PN heterojunction photodetector with low dark current and high responsivity},
author = {Ruijuan Tian and Xuetao Gan and Chen Li and Xiaoqing Chen and Siqi Hu and Linpeng Gu and Dries Van Thourhout and Andres Castellanos-Gomez and Zhipei Sun and Jianlin Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.03308},
year = {2022}
}