1. Nanocrystal-Based Active Photonics Device through Spatial Design of Light-Matter Coupling
- Author
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Tung Huu Dang, Adrien Khalili, Claire Abadie, Charlie Gréboval, Mariarosa Cavallo, Huichen Zhang, Erwan Bossavit, James K. Utterback, Erwan Dandeu, Yoann Prado, Gregory Vincent, Sandrine Ithurria, Yanko Todorov, Carlo Sirtori, Angela Vasanelli, Emmanuel Lhuillier, QUAD : Physique Quantique et Dispositifs, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Physico-chimie et dynamique des surfaces (INSP-E6), Institut des Nanosciences de Paris (INSP), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Acoustique pour les nanosciences (INSP-E3), Nanostructures et optique (INSP-E4), DOTA, ONERA, Université Paris Saclay [Palaiseau], ONERA-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux (UMR 8213) (LPEM), Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-19-CE24-0022,COPIN,Détecteur plasmonique à nanoCristaux colloïdaux: une nouvelle filière pour l'OPtoélectronique INfrarouge(2019), ANR-19-CE09-0017,FRONTAL,Nanocristaux Colloïdaux Dopés Infrarouges(2019), ANR-21-CE09-0029,MixDFerro,Heterostructures à dimensions mixtes sous contrôle ferroélectrique 2D(2021), ANR-20-ASTR-0008,NITquantum,Design et fabrication d'un plan focal dans le proche infrarouge à base de nanocrisrtaux(2020), ANR-21-CE24-0012,BRIGHT,Diode électroluminescente infrarouge brillante par exaltation du couplage lumière-matière(2021), and European Project: 756225,blackQD
- Subjects
MOBILITE ,INFRAROUGE ,Atomic and Molecular Physics, and Optics ,CHAMP ELECTROMAGNETIQUE ,PHOTONIQUE ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,active photonics ,nanocrystals ,infrared ,[SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic ,RADIATION ,light matter coupling ,SEMICONDUCTEUR ,[PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat] ,Electrical and Electronic Engineering ,carrier mobility ,Biotechnology - Abstract
International audience; Integration of photonic structures in nanocrystal-based photodetectors has been demonstrated to improve device performances. Furthermore, bias-dependent photoresponse can be observed in such devices as a result of the interplay between hopping transport and inhomogeneous electromagnetic field. Here, we investigate the main physical concepts leading to a voltage-dependent photoresponse. We first bring evidence of bias-dependent carrier mobilities in a nanocrystal array over a wide range of temperatures. Then, we realize an infrared sensing device using HgTe nanocrystals, where the electrodes also play the role of a grating, inducing a spatially inhomogeneous absorption. The obtained device exhibits a significant bias-dependent photoresponse while possessing a competitive detection performance in the extended shortwave and mid-wave infrared, with detectivity reaching 7x10 10 Jones at 80 K and a fast response time of around 70 ns. This work provides the foundation for further advancements in nanocrystal-basedactive photonics devices.
- Published
- 2022
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