Chalcogen Alloy‐Engineered Te 2 Se/Si Heterojunctions for Low‐Noise Complementary Metal‐Oxide Semiconductor‐Compatible Short‐Wave Infrared Imaging

材料科学 光电探测器 光探测 光电子学 异质结 碲化镉汞 暗电流 硫族元素 碲 红外线的 带隙 砷化铟 半导体 砷化镓 整改 铟 碲化镉光电 比探测率 光电二极管 硫系化合物 碲化物 电子迁移率 砷化铟镓 光学 载流子 氧化铟锡 吸收率
作者
Byeongjin Park,Sieun Yun,Seock‐Jin Jeong,Euiyoung Choi,Min Cheol Kim,Jun Woo Kim,Seongmo Kang,Jiwoo Kim,Jongwon Yoon,Jae-Jun Jo,Hyun‐Soo Ra,Soon‐Yong Kwon,Han Seul Kim,Yonghun Kim
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:14 (38)
标识
DOI:10.1002/adom.71829
摘要

ABSTRACT Developing complementary metal‐oxide semiconductor (CMOS)‐compatible and scalable short‐wave infrared (SWIR) photodetectors remains challenging owing to the high costs and integration limits of conventional indium gallium arsenide and mercury cadmium telluride technologies. Here, we report a chalcogen alloy design strategy for Te 2 Se/Si heterojunction photodetectors using atomistic simulations to suppress oxygen‐related trap formation. CMOS‐compatible Te 2 Se/n‐Si photodetectors fabricated by radio‐frequency magnetron co‐sputtering exhibit superior performance compared with Te/n‐Si counterparts. Structural and optical analyses confirm Se‐induced bandgap widening to 0.62 eV and reduced carrier concentration (∼10 17 cm −3 ), resulting in a rectification ratio of approximately 4.0 × 10 6 , a two‐orders‐of‐magnitude reduction in reverse dark current, and an extended SWIR photoresponse. The Te 2 Se/n‐Si photodetector also exhibits over three orders of magnitude lower current noise density, a specific detectivity of approximately 4.49 × 10 10 Jones at 1300 nm, and a sub‐millisecond photoresponse. Finally, a PCB‐integrated 14 × 14 imaging array demonstrates high‐contrast SWIR imaging, highlighting the potential of Te 2 Se/Si heterojunctions as a CMOS‐compatible, scalable, and low‐noise SWIR photodetection platform.
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