We present a systematic study of the temperature dependence of the electrical noise in a quantum dot, optically gated, field-effect transistor (QDOGFET) and detail how the noise influences the sensitivity of these novel single-photon detectors. Previous studies have shown that when cooled to 4 K, QDOGFETs exhibit single-photon sensitivity and photon-number-resolving capabilities; however, there has been no systematic study of how operating temperature affects their performance. Here, we measure the noise spectra of a device for a range of sample temperatures between 7 K and 60 K. We use the noise data to determine the signal-to-noise ratio of the optical responses of the devices for various temperatures and detection rates. Our analysis indicates that QDOGFETs can operate over a broad range of temperatures, where increased operating temperature can be traded for decreased sensitivity.

1.
E. J.
Gansen
,
M. A.
Rowe
,
M. B.
Greene
,
D.
Rosenberg
,
T. E.
Harvey
,
M. Y.
Su
,
R. H.
Hadfield
,
S. W.
Nam
, and
R. P.
Mirin
,
Nature Photon.
1
,
585
588
(
2007
).
2.
A.
Divochiy
,
F.
Marsili
,
D.
Bitauld
,
A.
Gaggero
,
R.
Leoni
,
F.
Mattioli
,
A.
Korneev
,
V.
Seleznev
,
N.
Kaurova
,
O.
Minaeva
,
G.
Gol’tsman
,
K. G.
Lagoudakis
,
M.
Benkhaoul
,
F.
Levy
, and
A.
Fiore
,
Nature Photon.
2
,
302
306
(
2008
).
3.
A. J.
Miller
,
S. W.
Nam
,
J. M.
Martinis
, and
A.
Sergienko
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
791
793
(
2003
).
4.
A. E.
Lita
,
A. J.
Miller
, and
S. W.
Nam
,
Opt. Express
16
,
3032
3040
(
2008
).
5.
B.
Calkins
,
A. E.
Lita
,
A. E.
Fox
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
241114
(
2011
).
6.
E.
Waks
,
E.
Diamanti
, and
Y.
Yamamoto
, “
Generation of photon-number states
,”
New J. Phys.
8
,
4
8
(
2006
).
7.
E.
Waks
,
K.
Inoue
,
W. D.
Oliver
,
E.
Diamanti
, and
Y.
Yamamoto
, “
High-efficiency photon-number detection for quantum information systems
,”
IEEE. J. Sel. Top. Quantum Electron.
9
,
1502
1511
(
2003
).
8.
L. A.
Jiang
,
E. A.
Dauler
, and
J. T.
Chang
,
Phys. Rev. A
75
,
62325
(
2007
).
9.
Concepts in Photoconductivity and Allied Problems
, edited by
A.
Rose
(
Krieger
,
Huntington, New York
,
1978
).
10.
M. A.
Rowe
,
G. M.
Salley
,
E. J.
Gansen
,
S. M.
Etzel
,
S. W.
Nam
, and
R. P.
Mirin
,
J. Appl. Phys.
107
,
63110
(
2010
).
11.
M. A.
Rowe
,
E. J.
Gansen
,
M.
Greene
,
R. H.
Hadfield
,
T. E.
Harvey
,
M. Y.
Su
,
S. W.
Nam
, and
R. P.
Mirin
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
253505
(
2006
).
12.
E. J.
Gansen
,
M. A.
Rowe
,
M. B.
Greene
,
D.
Rosenberg
,
T. E.
Harvey
,
M. Y.
Su
,
R. H.
Hadfield
,
S. W.
Nam
, and
R. P.
Mirin
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
13
,
967
977
(
2007
).
13.
M. A.
Rowe
,
E. J.
Gansen
,
M. B.
Greene
,
D.
Rosenberg
,
T. E.
Harvey
,
M. Y.
Su
,
R. H.
Hadfield
,
S. W.
Nam
, and
R. P.
Mirin
,
J. Vac. Sci. Technol. B
26
,
1174
1177
(
2008
).
14.
J. J.
Finley
,
M.
Skalitz
,
M.
Arzberger
,
A.
Zrenner
,
G.
Böhm
, and
G.
Abstreiter
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
2618
(
1998
).
15.
Y.
Chen
,
C. M.
VanVliet
,
G. L.
Larkins
, and
H.
Morkoç
,
IEEE Trans. Electron Devices
47
,
2045
2053
(
2000
).
16.
F.
Hofman
,
R. J. J.
Zijlstra
, and
J. M. B.
de Freitas
,
J. Appl. Phys.
67
,
2482
2487
(
1990
).
17.
J. R.
Kirtley
,
T. N.
Theis
,
P. M.
Mooney
, and
S. L.
Wright
,
J. Appl. Phys.
63
,
1541
1547
(
1988
).
18.
J. M.
Peransin
,
P.
Vignaud
,
D.
Rigaud
, and
L. K. J.
Vandamme
,
IEEE Trans. Electron Devices
37
,
2250
2253
(
1990
).
19.
J.
Müller
,
Y.
Li
,
S.
von Molnár
,
Y.
Ohno
, and
H.
Ohno
,
Phys. Rev. B
74
,
125310
(
2006
).
20.
J.
Müller
,
S.
von Molnár
,
Y.
Ohno
, and
H.
Ohno
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
186601
(
2006
).
21.
R.
Khlil
,
A. E.
Hdiy
, and
Y.
Jin
,
J. Appl. Phys.
98
,
93709
(
2005
).
22.
Y.
Li
,
C.
Ren
,
P.
Xiong
,
S.
von Molnár
,
Y.
Ohno
, and
H.
Ohno
,
Phys. Lett.
93
,
246602
(
2004
).
23.
I.
Strzalkowski
,
S.
Joshi
, and
C. R.
Crowell
,
Appl. Phys. Lett.
28
,
350
352
(
1976
).
24.
W.
Walukiewicz
,
H. E.
Ruda
,
J.
Lagowski
, and
H. C.
Gatos
,
Phys. Rev. B
30
,
4571
4582
(
1984
).
25.
L.
Lolli
,
E.
Taralli
, and
M.
Rajteri
,
J. Low Temp. Phys.
167
,
803
808
(
2012
).
26.
G. N.
Gol’tsman
,
O.
Okunev
,
G.
Chulkova
,
A.
Lipatov
,
A.
Semenov
,
K.
Smirnov
,
B.
Voronov
,
A.
Dzardanov
,
C.
Williams
, and
R.
Sobolewski
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
705
707
(
2001
).
27.
B.
Baek
,
J. A.
Stern
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
191110
(
2009
).
28.
H.
Shibata
,
H.
Takesue
,
T.
Honjo
,
T.
Akazaki
, and
Y.
Tokura
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
212504
(
2010
).
29.
B.
Baek
,
A. E.
Lita
,
V.
Verma
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
251105
(
2011
).
30.
S. N.
Dorenbos
,
P.
Forn-Diáz
,
T.
Fuse
,
A. H.
Verbruggen
,
T.
Zijlstra
,
T. M.
Klapwijk
, and
V.
Zwiller
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
251102
(
2011
).
31.
K.
Il’in
,
M.
Hofherr
,
D.
Rall
,
M.
Siegel
,
A.
Semenov
,
A.
Engel
,
K.
Inderbitzin
,
A.
Aeschbacher
, and
A.
Schilling
,
J. Low Temp. Phys.
167
,
809
814
(
2012
).
32.
R. H.
Hadfield
,
M. J.
Stevens
,
S. S.
Gruber
,
R. E.
Schwall
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Opt. Express
13
,
10846
10853
(
2005
).
You do not currently have access to this content.