Multilayer Plasmonic Structure-Enhanced Near-Infrared CoSi2/Si Schottky Photodetector via Standard CMOS Process

材料科学 光电子学 光电探测器 肖特基二极管 响应度 光电流 等离子体子 CMOS芯片 光热治疗 肖特基势垒 探测器 二极管 光电二极管 表面等离子体子 表面等离子共振 光电导性 光学 发光二极管 图像传感器 电压 光电效应 光谱灵敏度 光探测 偏压 共振(粒子物理)
作者
Wenbin Zhou,Xiangze Liu,Tiantian Shi,Zhihao Li,Feng Yan,Haohao Zhou,Yiming Liao,Xiaoli Ji
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:12 (10): 5422-5433 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.5c00968
摘要

Imaging sensing based on silicon optoelectronic chips faces significant challenges in extending the detection range to the near-infrared (NIR) band. In this paper, we demonstrate near-infrared CoSi2/Si Schottky diodes as photodetectors in the CMOS process. To enhance photoabsorption and broaden the spectral range for detection, the CoSi2/Si Schottky diode is integrated with a fishbone-shaped Al/W/CoSi2 multilayer structure, which provides a strong surface plasmon resonance (SPR) effect. Experimental results show that, under a bias voltage of −1 V and NIR irradiation, the device enables a maximum responsivity of 1.7 mA/W @ 1550 nm and 0.1 mA/W @ 2000 nm. The rise and fall times for a 1550 nm pulse source are 16.3 and 15.8 ms, respectively. Both photoelectric and photothermal responses are observed in photodetectors, with the photothermal effect contributing more significantly at longer wavelengths. The mechanisms of these two effects and the optimization directions for long-wavelength detection are discussed. This work overcomes the spectral limitations of conventional CMOS imaging sensors, providing a low-cost, scalable solution for high-performance NIR imaging applications.
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