通信波段下波导集成范德瓦耳斯异质结构高速高响应度光电探测器
介观与纳米尺度物理
2020-02-26 v1 材料科学
应用物理
光学
摘要
由于二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMDC）具有强光-物质相互作用和独特的材料性质，人们投入大量努力开发基于此类材料的新型光电器件。特别是，兼具高速和高响应度性能的光电探测器对于在标准通信波长下运行的高数据速率互连等大量应用具有极大意义。然而，TMDC 固有的低载流子迁移率成为高速应用的瓶颈。在此，我们展示了集成于硅光子平台上的基于垂直范德瓦耳斯异质结构的高性能光电探测器。我们的垂直 MoTe2/石墨烯异质结构设计最小化了 TMDC 中的载流子传输路径长度，并在 -3 伏中等偏压下实现了至少 24 GHz 的创纪录高测量带宽。施加更高偏压或采用更薄的 MoTe2 薄片可将带宽进一步提升至 50 GHz。同时，得益于集成波导设计，我们的器件对 1300 nm 入射光达到 0.2 A/W 的高外响应度。我们的研究阐明了性能权衡并给出了快速高效器件的设计准则。二维异质结构与集成导波纳米光学的结合定义了一个极具吸引力的平台，可用于实现光电探测器、发光器件和电光调制器等高性能光电器件。
引用
@article{arxiv.1904.10287,
title = {Waveguide-integrated van der Waals heterostructure photodetector at telecom band with high speed and high responsivity},
author = {Nikolaus Flöry and Ping Ma and Yannick Salamin and Alexandros Emboras and Takashi Taniguchi and Kenji Watanabe and Juerg Leuthold and Lukas Novotny},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.10287},
year = {2020}
}