High performance infrared photodetectors based on CdS film activated by lanthanide-doped upconverting nanoparticles

材料科学 光电探测器 镧系元素 兴奋剂 红外线的 纳米颗粒 光电子学 纳米技术 光学 离子 物理 量子力学
作者
Yong Zeng,Xiao Hu,Shengbin Cheng,Xiaofeng Wu,Shiping Zhan,Yunxin Liu
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:50 (8): 13960-13966
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.01.313
摘要

Cadmium sulfide (CdS) semiconductors are well known due to their low cost, easy production and excellent photoelectric properties. However, the photodetectors based on CdS respond only to green light at the wavelength of 540 nm and have negligible response to infrared light. Here, we report the high performance infrared photodetectors based on CdS film activated by lanthanide doped upconverting nanoparticles. The composite film integrates a CdS semiconductor substrate with a cutting-edge photon upconversion layer comprising upconversion nanoparticles meticulously arranged within photonic crystal arrays. The CdS semiconductor substrate can respond to the green light of 540 nm, while the photon converters can efficiently convert infrared light at 980 nm to green light at 540 nm. Compared with the single CdS film, the photocurrent amplitude of the composite film is enhanced by 1302 % under the same irradiation of 980 nm infrared light, while the photoresponsivity (R) and the external quantum efficiency (EQE) are enhanced by 14 times and 140 times, respectively. This confirms that the photon up-converters play a key role for enhancing the responsibility of the CdS film to 980 nm infrared light. This finding opens a way to convert conventional semiconductor photodetectors from visible to infrared region.

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