Theoretical analysis and design of integrated split-gate graphene photodetectors
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Georgakopoulos-Paltidis, Vasileios
Γεωργακόπουλος-Παλτίδης, Βασίλειος
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
The aim of this thesis is to investigate by theoretical means the physical mechanisms and
working principles of integrated split-gate graphene photodetectors with the aim of designing novel
state of the art devices. The recent surge in data traffic volumes creates a demand for more power
efficient, complementary metal oxide (CMOS) compatible, high-speed optical communications.
Traditional semi-conductor photodetectors fail in simultaneously addressing all these requirements
facing issues in integration, complexity and spectral limitations while already being mature
technologies. Graphene is a novel 2D material possessing broadband tunable light-matter interactions
and exceptional charge transferring properties, properties that render it popular as an active layer in
optoelectronic devices. Graphene based photodetection is promising satisfying most of these
requirements with the major shortcoming being low power efficiency, described by figures of merit
such as voltage-current responsivity RV-RI. Optical absorption in graphene results in energy transfer
to the electronic system creating a thermalized hot carrier distribution. Due to an electron-phonon
relaxation bottleneck graphene is able to de-couple its electronic temperature from the lattice resulting
in a strong photo-thermoelectric effect (PTE), ideal for unbiased photodetection applications.
Enhancing optical absorption is key to optimizing performance. Integrated photonic devices involve
multiple optically active components (WGs, gates, contacts) arranged in complex photodetection
schemes resulting in dynamic absorption-loss phenomena. To account for these, we perform 3D finite
difference time domain (FDTD) simulations to obtain the optical absorption distribution and
understand the sources of parasitic loss for a given device geometry. The same geometric parameters
affect the electronic behavior of the device entangling absorption and thermoelectric effects. To
explore the rich physics of the thermoelectric phenomena in a device with non-uniform absorption,
temperature and charge density distributions, tools are developed, namely numerical solutions for the
Poisson equation governing the static charge density and the thermoelectric equation governing heat
and charge transport inside the active layer. The combined tools are then used to explore the impact
of different geometric parameters on device performance, successfully simulating experimental results,
addressing debated topics cited in literature and laying out a complete framework for studying device
photo-thermo-electric phenomena in graphene.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Optoelectronics, Photodetectors, Photo-thermo-electric effect, Graphene, Οπτοηλεκτρονική, Φωτοανιχνευτές, Φώτο -θέρμο-ηλεκτρικό φαινόμενο, Γραφένιο
Θεματική κατηγορία
Optical detectors
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
en
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Όνομα επιβλέποντος
Λοιδωρίκης, Ελευθέριος
Εξεταστική επιτροπή
Λοιδωρίκης, Ελευθέριος
Λέκκα, Χριστίνα
Παπαγεωργίου, Δημήτριος
Λέκκα, Χριστίνα
Παπαγεωργίου, Δημήτριος
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Βιβλιογραφία: σ. 65-68
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
98 σ.
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States