PMMA as an Additive for Nanostructured TiO2 Thin Films for Heterojunction Visible-Blind Photodetectors

光电探测器 材料科学 异质结 光电子学 薄膜 可见光谱 纳米技术
作者
Srimanta Pal,Subhajit Jana,Rajiv Kamparath,S. Bhunia,Neha Sharma,Sharad Karwal,Aasiya Shaikh,N. S. Benerji
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (3): 3339-3351 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c05745
摘要

This study reports on high-quality, crystalline, nanostructured TiO2 thin films with large-area coverage prepared by the sol–gel process using PMMA (poly(methyl methacrylate)) as an additive for applications in visible-blind photodetection. The Si/TiO2 p–n junction photodiodes, fabricated through an inexpensive yet simple process with the addition of PMMA, exhibit superior characteristics, making them excellent candidates for visible-blind photodetectors operational in the UV and NIR ranges. The addition of PMMA to the solution significantly enhances the crystalline and optical properties, as well as the nanostructure morphology of the TiO2 films. It is demonstrated that the nanostructure morphology, refractive index, and bandgap of TiO2 can be precisely tailored by controlling the TiO2 sol/PMMA volume ratio. A valence band offset as large as 2.8 ± 0.20 eV is measured for the TiO2/Si heterointerface, ensuring hole blockage through the film and electron-selective transport. Application of the TiO2 nanostructured thin films in the p-Si/n-TiO2 junction photodiodes reveals an excellent rectification ratio of ∼2 × 104 with a leakage current as low as ∼10–10 A and a superior phototo-dark current ratio of ∼8000 under 325 nm illumination. Under reverse bias conditions, the photodiodes exhibit a reasonably high photoresponsivity (>1 A/W) with a high detectivity of ∼1 × 1013 Jones. Moreover, a response time of ∼200 ms is achieved using these photodiodes.
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