Schottky Barrier Height Modification of Graphene/Ge by Al2O3 Interfacial Layer and Au Nanoparticles for High-Gain Short-Wavelength Infrared Photodetectors

光电探测器 材料科学 光电子学 石墨烯 肖特基势垒 红外线的 图层(电子) 波长 纳米颗粒 肖特基二极管 光学 纳米技术 物理 二极管
作者
Haokun Ding,Shuo Li,Songsong Wu,Tianwei Yang,Guangyang Lin,Cheng Li
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (3): 2159-2164 被引量:2
标识
DOI:10.1109/ted.2024.3350568
摘要

The metal/germanium (Ge) photodetectors have garnered significant attention for their potential applications in ON-chip optoelectronics. However, the severe Fermi-level pinning effect (FLPE) on the Ge surface makes it difficult to suppress dark current and improve photoresponsivity. To address these issues, an ultrathin dielectric layer (2-nm-thick Al2O3) is introduced between metal and Ge to mitigate the FLPE. Additionally, monolayer graphene (Gr) decorated with Au nanoparticles (NPs) serves as a transparent electrode to enhance the responsivity of the photodetector. The responsivities of the Au NPs decorated Gr/Ge junction photodetectors are significantly improved to 7528 and 7115 A/W at 1310 and 1550 nm, respectively, under dim light illumination at room temperature. The corresponding specific detectivities reach up to $4.59\times 10^{{11}}$ cm $\cdot $ Hz $^{\text {1/2}} \cdot \text{W}^{-{1}}$ and $4.4\times 10^{{11}}$ cm $\cdot $ Hz $^{\text {1/2}} \cdot \text{W}^{-{1}}$ , respectively. These results demonstrate that the combination of 2-D and 3-D materials is an effective strategy for high-performance photodetectors working in short-wave infrared (SWIR) bands at a low cost.
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