1. Broadband enhancement of mid-wave infrared absorption in a multi resonant nanocrystal-based device
- Author
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Dang, Tung Huu, Abadie, Claire, Khalili, Adrien, Gréboval, Charlie, Zhang, Huichen, Prado, Yoann, Xu, Xiang Zhen, Gacemi, Djamal, Descamps‐Mandine, Armel, Ithurria, Sandrine, Todorov, Yanko, Sirtori, Carlo, Vasanelli, Angela, Lhuillier, Emmanuel, 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), DOTA, ONERA, Université Paris Saclay [Palaiseau], ONERA-Université Paris-Saclay, 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), Nanostructures et optique (INSP-E4), 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), Centre de microcaractérisation Raimond Castaing (Centre Castaing), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), 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-CE24-0012,BRIGHT,Diode électroluminescente infrarouge brillante par exaltation du couplage lumière-matière(2021), ANR-21-CE09-0029,MixDFerro,Heterostructures à dimensions mixtes sous contrôle ferroélectrique 2D(2021), ANR-19-CE09-0026,GRaSkop,Tuning Giant Rashba Spin-Orbit Coupling in Polar Single Layer Transition Metal Dichalcogenides(2019), ANR-10-LABX-0067,MATISSE,MATerials, InterfaceS, Surfaces, Environment(2010), ANR-18-CE30-0023,IPER-Nano2,Nanocristaux de perovskite inorganique pour la nanophotonique(2018), ANR-20-ASTR-0008,NITquantum,Design et fabrication d'un plan focal dans le proche infrarouge à base de nanocrisrtaux(2020), and European Project: 756225,blackQD
- Subjects
photodetection ,[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics] ,NANOCRISTAL ,infrared sensor ,resonances ,cavities ,ABSORPTION INFRAROUGE ,[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci] ,surface plasmon mode ,PLASMON ,Atomic and Molecular Physics, and Optics ,DETECTEUR INFRAROUGE ,Electronic, Optical and Magnetic Materials - Abstract
International audience; Light management is one of the main challenges to address when designing a sensor from a nanocrystal (NC) array. Indeed, the carrier diffusion length, limited by hopping mechanism, is much shorter than the absorption depth. Several types of resonators (plasmon, Bragg mirror, guided mode, Fabry-Perot cavity) have been proposed to reduce the volume where light is absorbed. All of them are inherently narrow bands, while imaging applications focus on broadband sensing. Here, we propose an infrared sensor in the short and mid-wave infrared (SWIR and MWIR) that combines three different photonic modes to achieve broadband enhancement of the light absorption. Moreover, we show that these three modes can be obtained from a simple structure where the NC film is coupled only to a grating and a top metallic layer. The obtained device achieves a high responsivity of >700 mA.W-1 , a detectivity up to 2x10 10 Jones at 80 K, and a short response time of 11 µs.
- Published
- 2022