Design and Imaging Application Validation for the Visible Light EOT Photodetectors Based on High-Responsivity CMOS-Compatible Grating-Gate MOSFET

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作者
Peizhi Yu,Yaxuan Liu,Lingyun Zhang,Jingye Sun,Tao Deng
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:13 (6): 1665-1674
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.5c02736
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Optoelectronic detectors are critical for converting photon signals into electrical responses, underpinning communication systems, imaging technologies, and environmental monitoring. To address scalability and performance bottlenecks of conventional photodetectors (perovskites, 2D materials, and III–V semiconductors), this work develops a CMOS-compatible grating-gate-MOSFET-based photodetector with extraordinary optical transmission, leveraging finite-difference time-domain simulation for the structural design validation. Four configurations with various interdigital spacings (1.0, 1.5, 2.0, and 2.5 μm) were fabricated by employing a standard 0.8 μm CMOS process. Experiments confirmed exceptional transmission at ∼600 nm visible light, yielding a device responsivity of 2 × 10 3 A/W, an ultralow noise equivalent power of 1.27 fW/Hz 1/2, and a detectivity of 2.54 × 10 12 Jones. Additionally, imaging tests with 520 (visible) and 940 nm (infrared) illumination demonstrated its practical application potential. This work provides a scalable and low-cost solution with native silicon integration that overcomes the key limitations of traditional detectors for high-performance optoelectronic systems.
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