Boosting performances of ZnO microwire homojunction ultraviolet self-powered photodetector by coupled interfacial engineering and plasmonic effects

同质结 响应度 光电二极管 光电探测器 材料科学 光电子学 比探测率 量子效率 紫外线 光刻胶 光学 兴奋剂 物理
作者
Kai Tang,Shulin Sha,Peng Wan,Yalin Zhai,Caixia Kan,Daning Shi,Mingming Jiang
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:67 (3): 842-851 被引量:14
标识
DOI:10.1007/s40843-023-2751-0
摘要

A highly sensitive self-biased ultraviolet (UV) photodetector is largely desirable in practical applications. This work develops a one-dimensional ZnO homojunction photodiode, which includes an Sb-doped ZnO microwire with surface-covered by Ag nanowires (AgNWs@ZnO:Sb MW), a MgO buffer nanolayer, and a ZnO film. The photodiode is dramatically sensitive to UV light, with its photosensitive performances of a large on/off ratio of approximately 107, a maximum responsivity of 292.2 mA W−1, a high specific detectivity of 6.9 × 1013 Jones, and a rapid response speed in microseconds (16.4/465.1 µs) under 365-nm light illumination via 10 µW cm−2 at 0 V bias. In particular, the highest external quantum efficiency approaching 99.3% is achieved. The modulation of the MgO nanofilm and surface-modified AgNWs on the improved photoresponse was carefully examined. Acting as a self-biased optical receiver, this photodiode was further integrated into a UV communication system that can transmit information in real time. Also, a 9 × 9 photodetector array based on the AgNWs@p-ZnO:Sb MW/i-MgO/n-ZnO homojunction exhibited a uniform distribution of light response and could be used as a workable photosensory to achieve good spatial resolution images. This work proposes a promising route for the design of high-performance UV photodetectors for realistic applications with low power consumption and large-scale construction.
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