Forskare i Singapore och Kina har samarbetat för att utveckla en självdriven fotodetektor som kan användas i ett brett spektrum av applikationer såsom kemisk analys, kommunikation, astronomiska undersökningar och mycket mer.
Vanligtvis, fotodetektorer kräver en extern spänning för att tillhandahålla drivkraften för att separera och mäta fotogenererade elektroner som omfattar detektionen. För att eliminera detta behov, forskargruppen som leds av Junling Wang och Le Wang vid Nanyang Technological University i Singapore utvecklade en roman, känslig och stabil fotodetektor baserad på en halvledande korsning kallad en GdNiO 3 /Nb-dopad SrTiO 3 (GNO/NSTO) p-n heteroövergång. Ett inneboende elektriskt fält vid GNO/NSTO-gränssnittet ger drivkraften för effektiv separation av fotogenererade bärare, eliminerar behovet av en extern strömkälla.
Förutom den självförsörjande funktionen, Wang och hans team rapporterar att de justerar materialegenskaperna för att uppnå bred känslighet. För dessa föreningar, det mesta forskningsarbetet hittills har fokuserat på att studera ursprunget till metallisolatorövergången, men det här laget tog en annan inställning.
Egenskaperna för perovskit -nickelater, kategorin solcellsmaterial i vilken denna struktur faller, är mycket känsliga för syrehalt. Denna känslighet möjliggör finjustering av de slutliga elektroniska strukturerna genom att variera syremiljön under filmavsättning (konstruerar heteroövergången).
"Vårt arbete är nytt och bekräftar att nickelatfilmer har avstämbara bandgap med förändring av syrekapaciteten, vilket gör dem idealiska som ljusabsorberande material i optoelektroniska enheter, "sa Wang." Med den självdrivna fotodetektorn som vi designade, vi studerar dess fotoreaktivitet med hjälp av ljuskällor med olika våglängder, med betydande fotorespons som uppträder när ljusets våglängd minskar till 650 nanometer." sa Wang.
En betydande utmaning för att utveckla denna fotodetektor var att bestämma rätt bandstruktur, eller energistrukturen tillgänglig för elektroner, av de 10 nanometer tjocka GNO -filmerna.
"För att få bandstrukturerna, vi använde både spektroskopiska ellipsometri mätningar och ultraviolett fotoelektronspektroskopi (UPS) mätningar, "sa Wang. Med hjälp av de härledda värdena för det optiska bandgapet från dessa mätningar, tillsammans med kända gränser och värden för GNO-filmer, de kunde plotta energinivåerna och arbetsfunktionerna för de olika komponenterna i enheterna.
Teamet hoppas kunna utforska mer material med liknande funktioner. "En av de anmärkningsvärda egenskaperna hos nickelater [...] är beroende av deras fysiska egenskaper på det valda sällsynta jordelementet, "sa Wang." Hittills har vi har bara studerat GdNiO3 -film, men förutom det kan vi också undersöka andra "R" -NiO 3 filmer där "R" kan vara Nd (neodym), Sm (animony), Er (erbium) och Lu (lutetium) och studera deras potentiella tillämpningar i fotodetektorn. "
Teamet planerar också att förbättra fotodetektorns prestanda genom att lägga till en isolerande SrTiO 3 (STO) -skikt inklämt mellan GdNiO 3 film och NSTO -substrat.
Detta nya arbete har stor potential för applikationer som använder optoelektroniska enheter. "Vi tror att detta dokument kommer att stimulera ytterligare studier och förstora de potentiella tillämpningarna av system baserade på nickelater, sa Wang.
