Strain modulation in crumpled Si nanomembranes: Light detection beyond the Si absorption limit

材料科学 光电子学 光子学 带隙 吸收(声学) 光子晶体 应变工程 可见光谱 半导体 光学 纳米技术 复合材料 物理
作者
Ajit K. Katiyar,Beom Jin Kim,Gwanjin Lee,Young-Jae Kim,Justin S. Kim,Jin Myung Kim,SungWoo Nam,JaeDong Lee,Hyunmin Kim,Jong Hyun Ahn
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (2)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adg7200
摘要

Although Si is extensively used in micro-nano electronics, its inherent optical absorption cutoff at 1100-nm limits its photonic and optoelectronic applications in visible to partly near infrared (NIR) spectral range. Recently, strain engineering has emerged as a promising approach for extending device functionality via tuning the material properties, including change in optical bandgap. In this study, the reduction in bandgap with applied strain was used for extending the absorption limit of crystalline Si up to 1310 nm beyond its intrinsic bandgap, which was achieved by creating the crumpled structures in Si nanomembranes (NMs). The concept was used to develop a prototype NIR image sensor by organizing metal-semiconductor-metal-configured crumpled Si NM photosensing pixels in 6 × 6 array. The geometry-controlled, self-sustained strain induction in Si NMs provided an exclusive photon management with shortening of optical bandgap and enhanced photoresponse beyond the conventional Si absorption limit.

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