Ultra-low-cost broad-band near-infrared silicon photodetectors based on hot electrons

Silisyum; nihai kullanıcı ürünü olan akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve giyilebilen teknolojiler gibi tüm dijital cihazların kalbinde yer almaktadır. Yarıiletken çağının başlangıcından beri, nispeten iyi elektiriksel, mekanik ve kimyasal özelliklerinden dolayı büyük ölçekli yarıiletken cihazların üretiminde temel madde olarak bilinmektedir. Silisyumun vasat optik özellikleri ise enerji eldesinde ve morötesi fotodedektör uygulamalarında kabul görmesini sağlamaktadır. Fakat nispeten büyük enerji bandı aralığı (1.12 eV) sebebiyle, geleneksel yöntemler kullanarak kızılötesi dalgaboylarında çalışan Silisyum fotodedektörler üretmek mümkün olmamıştır. Bundan dolayı, telekomünikasyon ve görüntüleme gibi düşük maliyet gerektiren kamu uygulamalarında kullanılmak üzere tamamı Silisyum teknolojisi ile üretilebilen fotodedektörler elde etmek büyük önem kazanmıştır. Kızılötesi bölgesinde foto algılama için, Silisyum tabanlı Schottky eklem aygıtlar umut verici bir aday olarak görülmektedir. Schottky eklem aygıtlarda foto algılama, iç fotoemisyon ile gerçekleşir. Gelen fotonlar metal içerisindeki elektronların kinetik enerjisini yükselterek, elektronların Schottky bariyerini atlamasına veya tünelleme yoluyla geçmesine sebep olur. Ayrıca Schottky eklemin metal kontak kısmının şekli uygun biçimde tasarlanarak plazmon rezonansları tetiklenebilir ve sıcak elektron üretimi önemli ölçüde artırılabilir. Biz bu çalışmada oldukça düşük maliyetli, geniş bantta, yakın kızılötesi bölgesinde Schottky eklem Silisyum fotodedektörleri, bu yapılar üzerindeki plazmonik etkileri, metal ve nanoyapıların çeşitlerini ve fabrikasyon teknikleri inceleyeceğiz. Bu cihazlar, 1300 nm ve 1500 nm dalgaboylarında sırasıyla 2mA/W ve 600 µA/W fototepki göstermekte ve 2000 nm dalga boyunun ötesine kadar ışığa tepki verebilmektedir. Karanlık akım yoğunluğu da 50 pA/µm2 kadar düşüktür. Mikron-altı litografi ve yüksek sıcaklıkta epitaksiyel büyütme teknikleri gibi oldukça pahalı fabrikasyon aşamaları kullanılmamakta, fabrikasyon kolaylığı ve ölçeklenebilir üretim sayesinde maliyet etkin kızılötesi dedektörler elde edilmektedir.