Simulation and Analysis of Plasmonic Photodetector Based on Au Nanoparticles and HfO2 Interlayer With Improved Performance in Visible Spectral Region

材料科学 吸收(声学) 分析化学(期刊) 物理 光学 化学 有机化学
作者
Bharathi Raj Muthu,D. Vaithiyanathan,Anuj K. Sharma
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (23): 28769-28776 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3323470
摘要

This work reports on a photodetector (PD) based on SiO2 substrate, Au nanoparticles (NPs), and hafnium oxide (HfO2)/aluminum oxide (Al2O3) interlayer with plasmonic enhancement of light absorption in visible spectral region. Finite difference time domain (FDTD) methodology is used for simulation. The results show that a surrounding medium with higher refractive index (RI) leads to greater absorption with plasmonic enhancement. A thin HfO2 layer (1–2 nm) further increases the light absorption leading to higher magnitudes of quantum efficiency ( $\eta $ ) and responsivity ( $\rho $ ). Additionally, this HfO2 layer causes the operating wavelength ( $\lambda _{{0}}$ , related to peak absorption magnitude “ ${A}$ ”) to considerably red-shift leading to decrease in the scattering ( $\Lambda $ = 1/ $\lambda _{{0}}^{{4}}$ ) of incident light. HfO2-based PD design operating at 594.67 nm provides the values of $\eta $ and $\rho $ as large as 0.498 and 0.239 A/W, respectively, with $\Lambda $ as small as $7.99\,\,\mu \text{m}^{-{4}}$ . Furthermore, a possible practical implementation of the HfO2-assisted PD design is reported while analyzing it with Au electrodes and 10-nm-thick zinc oxide (ZnO) layer. This analysis comprises of dark current ( ${I}_{\text {dark}}$ ) estimation followed by detectivity ( ${D}$ ) evaluation. SiO2–HfO2 (1 nm)–ZnO (10 nm)–Au NP (6 nm radius) structure (with surrounding medium RI = 1.33) achieves that the values of ${A}$ , $\lambda _{{0}}$ , $\eta $ , $\rho $ , $\Lambda $ , ${I}_{\text {dark}}$ , and ${D}$ are 0.312 a.u., 587.96 nm, 0.476, 0.225 A/W, $8.367 ~\mu \text{m}^{\mathbf {-4}}$ , $3.6\times 10^{-{16}}$ A, and $1.48\times 10^{12}$ Jones, respectively. Furthermore, the proposed PD design is able to provide superior performance (i.e., small ${I}_{\text {dark}}$ and $\Lambda $ along with large values of ${D}$ and $\rho $ ) compared to recently reported PD designs.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
ng9Rr8完成签到,获得积分10
刚刚
刚刚
泉水完成签到 ,获得积分10
刚刚
南亭完成签到,获得积分0
刚刚
小马甲应助hanxuepenyun采纳,获得10
1秒前
1秒前
乖宝完成签到 ,获得积分10
1秒前
长情立果发布了新的文献求助10
1秒前
liuying完成签到,获得积分10
2秒前
认真的一刀完成签到,获得积分0
2秒前
庄海棠完成签到 ,获得积分10
2秒前
牵着老虎晒月亮完成签到 ,获得积分10
2秒前
皮皮完成签到,获得积分10
2秒前
roooosewang发布了新的文献求助10
2秒前
紫罗兰发布了新的文献求助10
3秒前
Mike14完成签到,获得积分10
3秒前
linkman发布了新的文献求助20
3秒前
小牛马完成签到 ,获得积分10
3秒前
zq完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
zwk66637完成签到 ,获得积分20
4秒前
高贵振家发布了新的文献求助10
5秒前
qiuqiu发布了新的文献求助10
5秒前
mm发布了新的文献求助10
5秒前
激动的小海豚完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
ssy发布了新的文献求助10
5秒前
Schwann翠星石完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
6秒前
无钱完成签到,获得积分10
6秒前
xiao完成签到,获得积分10
6秒前
怕黑鑫发布了新的文献求助10
6秒前
郝扬扬发布了新的文献求助10
7秒前
侯伟玮发布了新的文献求助10
8秒前
和谐飞飞完成签到,获得积分10
8秒前
Kyrie完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
山屿完成签到,获得积分10
8秒前
竹子完成签到 ,获得积分10
8秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Kinesiophobia : a new view of chronic pain behavior 5000
Molecular Biology of Cancer: Mechanisms, Targets, and Therapeutics 3000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Propeller Design 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 纳米技术 化学工程 生物化学 物理 计算机科学 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 冶金 细胞生物学 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6013652
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7584420
关于积分的说明 16142179
捐赠科研通 5161103
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2763526
邀请新用户注册赠送积分活动 1743652
关于科研通互助平台的介绍 1634415