Near-Infrared Selective Absorber Based on Single-Material Tamm Plasmonic Structure

Abstract

As a promising candidate for powerful planar plasmonics, Tamm plasmons (TPs) structures have been proposed for high-efficiency photonic applications requiring high quality-factor with compatibility and spectral selectivity. Conventional TPs configuration stacked multilayer within limited conventional materials and integer ranges to enhance resonator performance. Therefore, according to structural limitations with thicker device size and optical limitations, which is lacked selective near-unity absorption, the ideal design is necessary to optimized TPs. In this study, we providing a computational model according to material, structure parameters and equivalent conjugate-matching circuit. As a result, we optimized a design rule for sub-micron (≈0.7 μm) planar single material TPs (SMTPs), which resulted in near-unity absorptance (≈99%) through impedance (Z) matching and high Q-factors (≈45). Using the optimized structure, SMTPs are fabricated based on glancing angle deposition. To apply practical demonstration, SMTPs are combined with a metal-semiconductor-metal (MSM) photodetector as a narrowband ultra-sensitive photodetector in the near infrared region.|Tamm 플라즈몬 (TPs) 구조 강력한 평면 플라즈몬의 유망한 후보로 소개된다. TPs 구조는 호환성 및 스펙트럼 선택성을 갖으며, 높은 Q인자를 요구하는 고효율 광자 응용 분야에 제안된다. 기존의 TPs 구조는 공진기 성능을 향상시키기 위해서 제한된 물질 선택 및 정수 범위 내로 적층되는 다층 구조이다. 이에 따라, TPs 구조 기반의 소자의 두께가 두꺼워져 구조적 한계와 파장 선택적 낮은 흡수로 인한 광학적 한계가 존재한다. 이를 해결하고자, TPs 구조의 이상적인 설계의 필요성이 대두된다. 따라서, 본 연구에서는다양한 구조적, 물질적 매개변수와 등가 공액정합 회로를 가진 계산 모델을 통해 서브 마이크론 (≈0.7 μm) 의 평면 단일 물질로 구성된 TPs (SMTPs)를 구현하고자 한다. 최적화된 SMTPs는 임피던스 매칭과 높은 Q인자 (≈45)를 갖는 파장 선택적 완벽한 흡수 (≈99%) 를 나타낸다. 최적화된 조건을 이용해 SMTPs는 빗각 증착법에 의해 실험적으로 시연된다. 실질적 응용에 적용하고자, SMTPs는 금속-반도체-금속 (MSM)와 결합된 협대역 초고감도 광출기로서 적용이 가능하다.