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Gate tunable vertical geometry phototransistor based on infrared HgTe nanocrystals

Authors :
Corentin Dabard
Adrien Khalili
Audrey Chu
Abdelkarim Ouerghi
Jean-Francois Dayen
Charlie Gréboval
Ulrich Nguétchuissi Noumbé
Yoann Prado
Silviu Colis
Julien Chaste
Emmanuel Lhuillier
Tung Huu Dang
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)
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)
Nanostructures et optique (INSP-E4)
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)
Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Universitaire de France (IUF)
Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.)
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)
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-11-IDEX-0004,SUPER,Sorbonne Universités à Paris pour l'Enseignement et la Recherche(2011)
ANR-19-CE09-0026,GRaSkop,Tuning Giant Rashba Spin-Orbit Coupling in Polar Single Layer Transition Metal Dichalcogenides(2019)
ANR-18-CE30-0023,IPER-Nano2,Nanocristaux de perovskite inorganique pour la nanophotonique(2018)
European Project: 756225,blackQD
lhuillier, emmanuel
Détecteur plasmonique à nanoCristaux colloïdaux: une nouvelle filière pour l'OPtoélectronique INfrarouge - - COPIN2019 - ANR-19-CE24-0022 - AAPG2019 - VALID
Nanocristaux Colloïdaux Dopés Infrarouges - - FRONTAL2019 - ANR-19-CE09-0017 - AAPG2019 - VALID
Sorbonne Universités à Paris pour l'Enseignement et la Recherche - - SUPER2011 - ANR-11-IDEX-0004 - IDEX - VALID
Tuning Giant Rashba Spin-Orbit Coupling in Polar Single Layer Transition Metal Dichalcogenides - - GRaSkop2019 - ANR-19-CE09-0026 - AAPG2019 - VALID
APPEL À PROJETS GÉNÉRIQUE 2018 - Nanocristaux de perovskite inorganique pour la nanophotonique - - IPER-Nano22018 - ANR-18-CE30-0023 - AAPG2018 - VALID
ERC blackQD - blackQD - 756225 - INCOMING
Source :
Applied Physics Letters, Applied Physics Letters, American Institute of Physics, 2020, 117 (25), pp.251104. ⟨10.1063/5.0032622⟩, Applied Physics Letters, 2020, 117 (25), pp.251104. ⟨10.1063/5.0032622⟩

Abstract

International audience; Infrared nanocrystals are promising building blocks for the design of low-cost infrared sensors. Vertical geometry diode is, among possible geometries, the one that has led to the best performance so far. However, this geometry suffers from a lack of tunability after its fabrication, slowing down possible improvements. Here, we demonstrate gate control on a vertical diode in which the active layer is made of HgTe NCs absorbing in the extended short-wave infrared (2.5 μm). To reach this goal, we take advantage of the electrostatic transparency of graphene, combined with the high capacitance LaF3 ionic glass to design a gate tunable photodiode. The latter behaves as a work function-tunable electrode which lets the gate-induced electric field tune the carrier density within the nanocrystal film. In particular, we show that the gate allows to tune the band profile leading to more efficient charge extraction and thus an enhanced photoresponse (×4 compared to the device with a floating gate). This work also demonstrates that photoelectron extraction can still be improved in the existing diode, by better controlling the doping profile of the stack.This project is supported by a ERC starting grant blackQD (Grant No. 756225). We acknowledge the use of clean-room facilities from the “Centrale de Proximité Paris-Centre” and from the STnano platform. This work has been supported by the Region Ile-de-France in the framework of DIM Nano-K (Grant dopQD). This work was supported by French state funds managed by the ANR within the Investissements d'Avenir programme by Labex Matisse (No. ANR-11-IDEX-0004-02) and Labex NIE (Nos. ANR-11-LABX-0058 and ANR-10-IDEX-0002-02). A.N.R. also funded grants FRONTAL (No. ANR-19-CE09-0017), IPER-Nano2 (No. ANR-18CE30-0023-01), Copin (No. ANR-19-CE24-0022), and Graskop (No. ANR-19-CE09-0026), NITQuantum. A.C. thanks Agence Innovation Defense for the Ph.D. funding.

Details

Language :
English
ISSN :
10773118 and 00036951
Volume :
117
Issue :
25
Database :
OpenAIRE
Journal :
Applied Physics Letters
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ac57190a3bb1c764a507939a5cd69c86
Full Text :
https://doi.org/10.1063/5.0032622