Fotodiodos Heterojunção van der Waals InGaAs/Nanomembrana/Si com Alta Responsividade e Largura de Banda

O desenvolvimento de fotodetectores de banda larga é de grande importância para aplicações em comunicação óptica de alta capacidade, visão noturna e sistemas de imagem biomédica. Embora fotodetectores heteroestruturados possam expandir o alcance de detecção de luz, a fabricação de heteroestruturas por crescimento epitaxial ou ligação de wafers ainda enfrenta desafios significativos devido a problemas como desajustes de rede e térmicos. Neste trabalho, uma técnica de impressão por transferência é utilizada para a integração heterogênea de nanomembranas de InGaAs em semicondutores de silício, permitindo assim a formação de fotodiodos heterojunção van der Waals, que podem melhorar a resposta espectral e a responsividade fotoelétrica dos fotodiodos de Si. O fotodiodo heterojunção InGaAs/nanomembrana/Si impresso por transferência exibe uma alta razão de retificação (7,73 × 10⁴ a ±3 V) e uma baixa corrente de fuga (7,44 × 10⁻⁵ A/cm² a −3 V) em um estado escuro. Em particular, o fotodiodo apresenta altas responsividades fotoelétricas (7,52 e 2,2 A W⁻¹ a um viés reverso de −3 V e viés zero, respectivamente) na faixa espectral de banda larga (400–1250 nm) e tempos de resposta de subida e descida rápidos (13–16 ms), demonstrando capacidades de fotodetecção de banda larga e rápidas. As heteroestruturas van der Waals III–V/Si sugeridas podem ser uma plataforma robusta para a fabricação de fotodetectores em chip de alto desempenho compatíveis com chips ópticos integrados de silício.