1. Lithium-Ion Glass Gating of HgTe Nanocrystal Film with Designed Light-Matter Coupling
- Author
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Stefano Pierini, Claire Abadie, Tung Huu Dang, Adrien Khalili, Huichen Zhang, Mariarosa Cavallo, Yoann Prado, Bruno Gallas, Sandrine Ithurria, Sébastien Sauvage, Jean Francois Dayen, Grégory Vincent, Emmanuel Lhuillier, 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), DOTA, ONERA, Université Paris Saclay [Palaiseau], ONERA-Université Paris-Saclay, 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 Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-19-CE09-0017,FRONTAL,Nanocristaux Colloïdaux Dopés Infrarouges(2019), ANR-19-CE24-0022,COPIN,Détecteur plasmonique à nanoCristaux colloïdaux: une nouvelle filière pour l'OPtoélectronique INfrarouge(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-22-CE09-0018,QuickTera,Nanocristaux de HgTe une nouvelle plateforme pour l'optoélectronique THz(2022), ANR-20-ASTR-0008,NITquantum,Design et fabrication d'un plan focal dans le proche infrarouge à base de nanocrisrtaux(2020), European Project: 756225,blackQD, European Project: 853049,ne2dem, and European Project: 101086358,AQDtive
- Subjects
solid electrolyte ,field effect transistor ,HgTe ,nanocrystals ,nanophotonics ,light resonator ,infrared detection ,General Materials Science ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics - Abstract
Nanocrystals’ (NCs) band gap can be easily tuned over the infrared range, making them appealing for the design of cost-effective sensors. Though their growth has reached a high level of maturity, their doping remains a poorly controlled parameter, raising the need for post-synthesis tuning strategies. As a result, phototransistor device geometry offers an interesting alternative to photoconductors, allowing carrier density control. Phototransistors based on NCs that target integrated infrared sensing have to (i) be compatible with low-temperature operation, (ii) avoid liquid handling, and (iii) enable large carrier density tuning. These constraints drive the search for innovative gate technologies beyond traditional dielectric or conventional liquid and ion gel electrolytes. Here, we explore lithium-ion glass gating and apply it to channels made of HgTe narrow band gap NCs. We demonstrate that this all-solid gate strategy is compatible with large capacitance up to 2 µF·cm−2 and can be operated over a broad range of temperatures (130–300 K). Finally, we tackle an issue often faced by NC-based phototransistors:their low absorption; from a metallic grating structure, we combined two resonances and achieved high responsivity (10 A·W−1 or an external quantum efficiency of 500%) over a broadband spectral range.
- Published
- 2023
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