Highly responsive silicon-based hot-electron photodetector with self-aligned metamaterial interdigital electrodes

响应度 材料科学 光电子学 光电探测器 光电流 吸收(声学) 超材料 半导体 电极 光学 化学 物理 物理化学 复合材料
作者
Lijian Zhang,Weikang Lu,Ruijie Qian,Hengliang Wang,Hongtao Xu,Liping Zhu,Zhenghua An
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (3) 被引量:16
标识
DOI:10.1063/5.0133705
摘要

A sensitive silicon-based hot-electron photodetector based on a self-aligned metal–semiconductor–metal junction is developed. Nearly perfect absorption is achieved with the metamaterial optical coupling, whereas the absorption difference between the upper and lower interdigital gratings is as large as 70% near the resonant wavelength. Arising from the asymmetric photo-absorption, the measured responsivity values of the self-aligned interdigital grating devices reach 1.89 and 0.78 mA/W under zero biasing conditions at the wavelengths of 1310 and 1550 nm, respectively. These values approach the reported record photo-responsivity of hot-electron photodetectors with conventional metal–semiconductor junctions. In addition, the indication of polarity-switchable photocurrent appears due to the wavelength-dependent absorption of the upper and lower metal interdigital gratings. Our device, combining the self-aligned metamaterial interdigital electrodes with highly asymmetric absorption, shows prospects for applications in photodetection, photovoltaics, integrated optoelectronics, and optical communications.
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