Junction-less phototransistor with nanowire channels, a modeling study

Abstract

We propose a new nanowire based, junction-less phototransistor, that consists of a channel with both wide and narrow regions to ensure efficient light absorption and low dark current, respectively. While the light is absorbed in the wide region, the narrow region allows for ease of band engineering. We also find that a nanowire in the source can further boost the optical gain. The proposed device, which can potentially detect very low light intensities, does not rely on complicated doping profiles, but instead uses suitably designed gates. Our calculations show the detection of a photon flux as low as 35 per second.

Diameter-dependent photoresponse with high internal gain in a back gated single Si nanowire phototransistor

“…Additionally, due to its 1D nature, the strong capacitive coupling in the metal-oxide-semiconductors structure in NW is highly expected. Therefore, the flow of charges can be controlled within the nano-scale channel, which is useful for the low level dark current in photodetector [7][8][9]. Motivated from the unique features of the nanowires, a lot of work has been carried to make the NWs with precise control over their size, chemical compositions, and morphologies [10][11][12].…”

“…By using a gate, a potential barrier can be created within the nanowire channel, by depleting the nanowire out of the majority carriers [7,17]. Thus, the conductivity can be modulated by the gate.…”

Aplicação do BESOI (Back Enhanced) MOSFET como sensor de luz no espectro visível.

“…Com o intuito de simplificar os processos de dopagem em transistores com dimensões nanométricas, foi proposto porColinge et al (2009) o junctionless (sem junção) SOI MOSFET, um novo dispositivo que, como o nome já diz, foi de 10 nm, a largura do nanofio foi de 30 nm e a concentração de dopantes foi da ordem de 10 19 cm −3 .Os transistores junctionless podem ser usados em aplicações para detecção das lacunas para a região de fonte, mas também facilita de uma maneira geral a condução de portadores, induzindo o fototransistor ao estado ligado (redução da depleção de canal). Como resultado, a corrente óptica aumenta(ROUDSARI et al, 2014) (DAS et al, 2016.Foram levantadas de transferência (IDS versus VGF) com e sem irradiação luminosa para o mesmo dispositivo operando como canal-p (VGB < 0). As polarizações utilizadas no experimento foram VDS = −100 mV e VGB = −20 V. Os resultados obtidos são mostrados na Figura 19, que indicam que, quando a luz UV é ligada, a corrente de dreno cresce em módulo (fica mais negativa) em comparação com o caso onde os LEDs estão desligados.…”

“…A Figura 21 mostra este ajuste comparando curvas de transferência simuladas com a experimental, todas sem iluminação UV. do dispositivo simulado aumenta, como calculado no Apêndice B.Apesar de usarem métodos de detecção diferentes, o BE SOI mostrou responsividade semelhante ao fototransistor junctionless simulado porRoudsari et al (2014), que tem…”

“…A responsividade do BE SOI fabricado é baixa(8,9 mA/W) em comparação ao fototransistor junctionless construído porDas et al (2016) (180 mA/W). No entanto, as simulações do BE SOI apresentaram valores de responsividade semelhantes ao fototransistor junctionless simulado porRoudsari et al (2014), sendo obtidos valores de 165 A/W e de 210 A/W, respectivamente.Posteriormente foi apresentada uma comparação entre o BE SOI com o ICPD, um novo dispositivo fotodetetor baseado no efeito de acoplamento de interfaces que compartilha com o BE SOI várias semelhanças em sua estrutura. Ambos contam com canal pouco dopado, uso de tecnologia SOI, condução pela segunda interface e presença de extensões de fonte e dreno (underlaps) usadas como elementos sensores de luz.…”