Healthy Research Rewards
ResearchHub is incentivizing healthy research behavior. At this time, first authors of open access papers are eligible for rewards. Visit the publications tab to view your eligible publications.
Got it
LA
L. Ang
Author with expertise in Plasma Physics and Technology in Semiconductor Industry
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
11
(55% Open Access)
Cited by:
1,348
h-index:
51
/
i10-index:
169
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Optical Refractive Index Sensors with Plasmonic and Photonic Structures: Promising and Inconvenient Truth

Yi Xu et al.Feb 18, 2019
Abstract Optical sensors are widely used for refractive index measurement in chemical, biomedical, and food processing industries. Due to specific field distribution of the resonances, optical sensors provide high sensitivity to ambient refractive index variations. The sensitivity of an optical sensor is highly dependent on material and structure of the sensor. Here, six major categories of optical refractive index sensors using plasmonic and photonic structures are reviewed: i) metal‐based propagating plasmonic eigenwave structures, ii) metal‐based localized plasmonic eigenmode structures, iii) dielectric‐based propagating photonic eigenwave structures, iv) dielectric‐based localized photonic eigenmode structures, v) advanced hybrid structures, and vi) 2D material integrated structures. Representative configurations working in the wavelength range of 400–2000 nm will be selected and compared in terms of bulk refractive index sensitivities, figures of merit, and working wavelengths. A technology map is established in order to define the standard and development trend for optical refractive index sensors.
0

Synergistic Effects of Plasmonics and Electron Trapping in Graphene Short-Wave Infrared Photodetectors with Ultrahigh Responsivity

Zefeng Chen et al.Dec 24, 2016
Graphene's unique electronic and optical properties have made it an attractive material for developing ultrafast short-wave infrared (SWIR) photodetectors. However, the performance of graphene SWIR photodetectors has been limited by the low optical absorption of graphene as well as the ultrashort lifetime of photoinduced carriers. Here, we present two mechanisms to overcome these two shortages and demonstrate a graphene-based SWIR photodetector with high responsivity and fast photoresponse. In particular, a vertical built-in field is employed in the graphene channel for trapping the photoinduced electrons and leaving holes in graphene, which results in prolonged photoinduced carrier lifetime. On the other hand, plasmonic effects were employed to realize photon trapping and enhance the light absorption of graphene. Thanks to the above two mechanisms, the responsivity of this proposed SWIR photodetector is up to a record of 83 A/W at a wavelength of 1.55 μm with a fast rising time of less than 600 ns. This device design concept addresses key challenges for high-performance graphene SWIR photodetectors and is promising for the development of mid/far-infrared optoelectronic applications.
0

Electron Thermionic Emission from Graphene and a Thermionic Energy Converter

Shi‐Jun Liang et al.Jan 12, 2015
In this paper, we propose a model to investigate the electron thermionic emission from a single-layer graphene (ignoring the effects of substrate) and to explore its application as the emitter of thermionic energy convertor (TIC). An analytical formula has been derived, which is a function of temperature, work function and Fermi energy level. The formula is significantly different from the traditional Richardson-Dushman (RD) law for which it is independent of mass to account for the supply function of the electrons in the graphene behaving like massless Fermion quasiparticles. By comparing with a recent experiment [Kaili Jiang et al., Nano Research 7, 553 (2014)] measuring electron thermionic emission from a suspended single layer graphene, our model predicts that the intrinsic work function of a single-layer graphene is about 4.514 eV with a Fermi energy level of 0.083 eV. For a given work function, a new scaling of $T^{3}$ is predicted, which is different from the traditional RD scaling of $T^2$. If the work function of the graphene is lowered to 2.5 to 3 eV, and the Fermi energy level is increased to 0.8 to 0.9 eV, it is possible to design a graphene cathode based TIC operating at around 900 K or lower, as compared with the metal-based cathode TIC (operating at about 1500 K). With a graphene based cathode (work function = 4.514 eV) at 900 K, and a metallic based anode (work function = 2.5 eV) like LaB$_6$ at 425 K, the efficiency of our proposed-TIC is about 45$\%$
0

Pushing the limits of CMOS optical parametric amplifiers with USRN:Si7N3 above the two-photon absorption edge

Kelvin Ooi et al.Jan 4, 2017
CMOS platforms operating at the telecommunications wavelength either reside within the highly dissipative two-photon regime in silicon-based optical devices, or possess small nonlinearities. Bandgap engineering of non-stoichiometric silicon nitride using state-of-the-art fabrication techniques has led to our development of USRN (ultra-silicon-rich nitride) in the form of Si7N3, that possesses a high Kerr nonlinearity (2.8 × 10−13 cm2 W−1), an order of magnitude larger than that in stoichiometric silicon nitride. Here we experimentally demonstrate high-gain optical parametric amplification using USRN, which is compositionally tailored such that the 1,550 nm wavelength resides above the two-photon absorption edge, while still possessing large nonlinearities. Optical parametric gain of 42.5 dB, as well as cascaded four-wave mixing with gain down to the third idler is observed and attributed to the high photon efficiency achieved through operating above the two-photon absorption edge, representing one of the largest optical parametric gains to date on a CMOS platform. Typical CMOS materials in the telecommunications band suffer from two-photon absorption or possess weak Kerr nonlinearities. Here, Ooiet al. demonstrate 42.5 dB optical parametric amplification in ultra-silicon-rich nitride waveguides, designed to have strong nonlinearities with negligible losses.
0

100 years of the physics of diodes

Peng Zhang et al.Mar 1, 2017
The Child–Langmuir Law (CL), discovered a century ago, gives the maximum current that can be transported across a planar diode in the steady state. As a quintessential example of the impact of space charge shielding near a charged surface, it is central to the studies of high current diodes, such as high power microwave sources, vacuum microelectronics, electron and ion sources, and high current drivers used in high energy density physics experiments. CL remains a touchstone of fundamental sheath physics, including contemporary studies of nanoscale quantum diodes and nano gap based plasmonic devices. Its solid state analog is the Mott–Gurney law, governing the maximum charge injection in solids, such as organic materials and other dielectrics, which is important to energy devices, such as solar cells and light emitting diodes. This paper reviews the important advances in the physics of diodes since the discovery of CL, including virtual cathode formation and extension of CL to multiple dimensions, to the quantum regime, and to ultrafast processes. We review the influence of magnetic fields, multiple species in bipolar flow, electromagnetic and time dependent effects in both short pulse and high frequency THz limits, and single electron regimes. Transitions from various emission mechanisms (thermionic-, field-, and photoemission) to the space charge limited state (CL) will be addressed, especially highlighting the important simulation and experimental developments in selected contemporary areas of study. We stress the fundamental physical links between the physics of beams to limiting currents in other areas, such as low temperature plasmas, laser plasmas, and space propulsion.
0

Two-dimensional space charge limited current in regime between accelerating diode and drift space for sheet and circular beam

Yao-Li Liu et al.Jun 1, 2024
We develop a general electrostatic steady-state model to calculate the two-dimensional (2D) space-charge-limited current (SCLC) with an initial velocity v0 (i.e., kinetic energy eKV=mv02/2) injected from a cathode into a vacuum diode with a spacing D and a potential difference of Vg. We consider two types of beam cross section: (a) a sheet beam with a width W and (b) a circular beam with a radius R, where both W and R are larger than D in the calculation. By introducing a parameter ε≡KV/Vg≥0, we can tune the operating regime to be in between the accelerating diode (ε≪1) and drift space (ε≫1). Hence, we verify the 2D SCLC model by converging to some prior analytical findings such as the 2D Child–Langmuir law at ε = 0, 2D SCLC at drift space at ε≫1, and their 1D limits at W/D≫1 or R/D≫1. Our 2D SCLC model indicates that there is a maximal value at ε∼1/60, which is independent of W/D or R/D. Furthermore, the hysteresis behavior is also studied when the injected current density is beyond the SCLC threshold and its dynamics are mainly influenced by ε instead of geometrical effect. This model is useful in high current electron beam emission with a finite emission area and with a non-negligible arbitrary injection kinetic energy.
0
Citation1
0
Save
0

Modeling resonant energy absorption of finite laser pulses in a doped porous dielectric slab

Chun Kee et al.Sep 26, 2024
We present a model to calculate the resonant energy absorption of a laser with finite number of pulses impinging on a doped porous dielectric slab. Analytical reflection R and transmission T coefficients are first derived as a function of 0&lt;α≤1 to account for porosity with α=1 denotes a perfect ideal slab, which are verified using an electromagnetic solver. Based on the Drude model with resonant line due to impurities, we calculate the resonant energy absorption as a function of doping concentration, quality factor of the resonant line, porosity, length of the slab, and laser pulse length. It is important to note that simulating the combined effects of these parameters is challenging using existing models. The energy absorption efficiency is maximized for a certain degree of doping concentration at a given pulse length and also for a certain pulse length at a given doping concentration. At small doping concentration, the absorption efficiency increases with smaller α (high porosity) and the trend is reversed at larger α (low porosity). Dimensionless parameters are constructed, allowing the calculated results to be applicable over a wide range of frequencies and pulse durations. Thus, this model serves as a useful tool to characterize the amount of energy absorption due to these combined effects, which are important for many applications in plasmonics, optoelectronics, high power microwaves breakdown, and organic materials. Some possible experiments are suggested for future verification of the model.
Load More