Self-Powered Sb 2 S 3 Thin-Film Photodetectors with High Detectivity for Weak Light Signal Detection

材料科学 光电探测器 响应度 光电子学 光电流 可见光谱 光学 聚二甲基硅氧烷 比探测率 纳米技术 物理
作者
Xiao Xia Lin,Hui Deng,Jia Yi,Zhixu Wu,Yong Mei Xia,Xingjian Wang,Si-Wei Chen,Yingshun Cheng,Qiao Zheng,Yunfeng Lai,Shuying Cheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (10): 12385-12394 被引量:81
标识
DOI:10.1021/acsami.1c25256
摘要

Photodetectors (PDs) for weak light signal detection have wide applications for optical communication and imaging. Antimony sulfide (Sb 2 S 3 ) as a nontoxic and stable light-sensitive material becomes a promising candidate for weak light PDs, which are developing in the direction of high response, high speed, and low cost. Herein, a self-powered Sb 2 S 3 PD with the structure of FTO/TiO 2 /Sb 2 S 3 /Au is developed to achieve weak light detection for 300–750 nm visible light. We control the Sb 2 S 3 thickness with about 460 nm to match depletion region width (438 nm) and obtain an excellent photoresponsivity and 3 dB bandwidth. Furtherly, we prepare pyramid structure polydimethylsiloxane (PDMS) on the illuminating surface to enhance the performance of weak light detection by light-trapping effects. The photocurrent of Sb 2 S 3 PD with 20 μm-sized PDMS texture achieves 13.6% improvement compared with the control one. Under weak 530 nm light illumination of 1 μW cm –2, the self-powered Sb 2 S 3 PD with PDMS achieves high responsivity (3.41 A W –1 ), large detectivity (2.84 × 10 13 Jones), and ultrafast speed (15 μs). The present Sb 2 S 3 PD and light-trapping strategy are expected to provide an alternative to future commercial weak light detection applications.
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